【系统调用】常用系统调用函数（一）

系统调用概念

操作系统的职责

    操作系统用来管理所有的资源，并将不同的设备和不同的程序关联起来。

什么是Linux系统编程

    在有操作系统的环境下编程，并使用操作系统提供的系统调用及各种库，对系统资源进行访问。

系统编程主要就是为了让用户能够更好和更方便的操作硬件设备，并且对硬件设备也起到保护作用。我们所写的程序，本质就是对硬件设备的操作，所以操作系统提供接口可以对硬件进行操作。

系统调用概述：

本质都是要对硬件设备进行操作，但是Linux操作系统在硬件之上设置了内核，也就是只有内核才可以直接操作硬件设备，如果想操作内核，需要调用内核的系统调用，如果要操作内核中的系统调用，有三种方式：

第一种：shell，用户通过shell命令，由shell解释器操作内核的系统调用。
第二种：库函数，用户通过应用层库函数的接口，比如fread对内核的系统调用进行操作。
第三种：应用层系统调用，它可以直接对内核的系统调用进行操作。
系统调用时操作系统提供给用户程序的一组“特殊”的函数接口。

Linux的不同版本提供了两三百个系统调用。

用户程序可以通过这组接口获得操作系统（内核）提供的服务。

系统调用按照功能逻辑大致可分为：

    进程控制、进程间通信、文件系统控制、系统控制、内存管理、网络管理、socket控制、用户管理。

系统调用的返回值：

    通常，用一个非负的返回值来表明错误，返回一个0值表明成功。

    错误信息存放在全局变量errno中，用户可用perror函数打印出错信息。

系统调用遵循的规范：

    在Linux中，应用程序编程接口（API）遵循POSIX标准。

系统调用I/O函数

文件描述符：

    文件描述符是非负整数。打开现存文件或新建文件时，系统（内核）会返回一个文件描述符。文件描述符用来指定已打凯的文件。

    在系统调用（文件IO）中，文件描述符对文件起到标识作用，如果要操作文件，就是对文件描述符的操作。

当一个程序运行或一个进程开启时，系统会自动创建三个文件描述符。

#define STDIN_FILENO 0 //标准输入的文件描述符
#define STDOUT_FILENO 1 //标准输出的文件描述符
#define STDERR_FILENO 2 //标准错误的文件描述符
如果自己打开文件，会返回文件描述符，而文件描述符一般按照从小到大依次创建的顺序。

1. 常用系统调用函数

1.1 open函数

#include

#include

#include

int open(const char *pathname, int flags);

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

功能：

        代开文件，如果文件不存在则可以选择创建。

参数：

        pathname：文件的路径及文件名。

        flags：打开文件的行为标志，必选项 O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR

        mode：这个参数，只有在文件不存在时有效，指新建文件时指定文件的权限。

返回值：

        成功：文件描述符

        失败：-1
        

flags详细说明

必选项：

可选项：

mode补充说明：

1. 文件最终权限：mode & ~umask

2. shell进程的umask掩码可以用umask命令查看

umask：查看掩码（补码）

umask mode：设置掩码，mode为八进制数

umask -S：查看各组用户的默认操作权限

文件I/O和标准I/O权限对比：

代码示例：

#include 
#include 
#include 
 
int main() {
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("Failed to open the file");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理打开的文件
 
    close(fd); // 关闭文件
 
    return 0;
}

1.2 perror、error函数

perror函数：

#include 

void perror(const char *s);

#include 

功能：

        perror函数根据当前的错误代码，将与该错误代码对应的错误消息打印到标准错误流（stderr）中。

参数：

   s是一个字符串，可用于自定义错误消息前缀。

返回值：

        无

error函数：

#include 

void error(int status, int errnum, const char *format, ...);

功能：

        error函数将错误消息打印到标准错误流，并以给定的格式输出。它与perror函数相似，但提供了更多的灵活性，可以根据需要自定义错误消息的格式。

参数：

         status：表示错误的严重程度，通常为非零值表示致命错误。

   errnum：表示具体的错误代码，可以使用errno变量作为参数传递。

   format：一个格式化字符串，类似于printf函数的格式。

   ...：可选的附加参数，用于填充格式化字符串中的占位符。

返回值：无

代码示例：

#include 
#include 
#include 
 
int main() {
    FILE* file = fopen("nonexistent.txt", "r");
    if (file == NULL) {
        perror("Failed to open the file");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理打开的文件
 
    fclose(file); // 关闭文件
 
    return 0;
}

1.3 close函数

#include int close(int fd);

功能：

        关闭已打开的文件

参数：

        fd : 文件描述符，open()的返回值

返回值：

        成功：0

        失败： -1, 并设置errno

代码示例：

#include 
#include 
#include 
#include 
 
int main() {
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("Failed to open the file");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理打开的文件
 
    if (close(fd) == -1) {
        perror("Failed to close the file");
        exit(1);
    }
 
    return 0;
}

1.4 write函数

#include

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

功能：

        把指定数目的数据写到文件(fd)。

参数：

        fd：文件描述符

        buf：数据首地址

        count：写入数据的长度（字节）

返回值：

        成功：实际写入数据的字节个数

        失败：-1

代码示例：

#include 
#include 
#include 
#include 
 
int main() {
    int fd = open("example.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("Failed to open the file");
        exit(1);
    }
 
    const char* data = "Hello, World!";
    ssize_t bytes_written = write(fd, data, strlen(data));
    if (bytes_written == -1) {
        perror("Failed to write to the file");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理打开的文件
 
    if (close(fd) == -1) {
        perror("Failed to close the file");
        exit(1);
    }
 
    return 0;
}