Linux系统编程-文件操作（黑马笔记）

1.区分系统调用和库函数

库函数是我们一开始进行学习就接触到的函数，是c语言中已经包装好的函数，所以这里不多叙述。但是我们要理解系统调用，系统调用是用户进入“内核态”的门（进入内核态 = 让操作系统“亲自出马”，帮你完成只有它才能做的底层、敏感、特权操作）。只有使用系统调用，我们写的c语言程序才能真正的进入内核态，用系统提供的函数来完成我们想做的工作。

总结一句话：我们可以通过系统调用进入内核态，并且真正调用内核中提供的函数，这就是系统调用。

系统调用 是 用户程序进入内核 的“门”；
库函数 是 在用户空间 帮你“包装”这些门、或额外提供功能的“工具箱”。

---

📌 具体区别（对照表）

维度	系统调用（System Call）	库函数（Library Function）
所在空间	内核空间	用户空间
调用方式	触发软中断（syscall 指令）	普通函数调用（call 指令）
执行权限	需要切换到内核态（ring 0）	用户态即可（ring 3）
执行速度	慢（用户↔内核切换开销）	快（无上下文切换）
功能范围	直接与硬件、资源交互（如文件、进程、网络）	可以是系统调用的封装，也可以纯计算（如字符串处理）
例子	open, read, write, fork, execve	fopen, fread, printf, malloc, strlen
来源	Linux 内核提供	libc（如 glibc）或其他库提供
可移植性	依赖操作系统（Linux 特有）	标准库函数跨平台（如 ANSI C）

✅ 总结一句话：

系统调用是“内核提供的最小功能单元”，库函数是“程序员友好的封装或扩展”。
写系统程序时，优先用库函数（更简单、更安全），需要精细控制或性能时再直接用系统调用。

2.open和close函数

所有函数都可以通过查看手册的方式进行学习，不过难度比较大，这里贴出打开手册的方法，供有志者学习。

man 2 open

open 函数

int open(char *pathname, int flags);
pathname：要打开的文件路径
flags   ：文件打开方式
O_RDONLY   只读
O_WRONLY   只写
O_RDWR     读写
O_CREAT    不存在则创建
O_APPEND   追加写
O_TRUNC    清空再写
O_EXCL     必须创建且文件不存在
O_NONBLOCK 非阻塞

返回值
成功：文件描述符（非负整数）
失败：-1，并设置 errno

三参数原型
int open(char *pathname, int flags, mode_t mode);

参数
pathname：文件路径
flags   ：同上
mode    ：仅当 flags 含 O_CREAT 时生效（八进制）
例：0664 → rw-rw-r--
最终权限 = mode & ~umask

“最终权限 = mode & ~umask” 就是 “你给的权限先去掉 umask 禁止的位，才是真正落盘的权限。” 这里是二进制，我们用二进制的每一位的0，1来代表是否打开权限。

返回值
成功：文件描述符
失败：-1，并设置 errno

close函数

close 函数
int close(int fd);

demo

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>int main(int argc, char *argv[])
{int fd;/* 1. 权限：读+写；2. 不存在则创建；3. 若已存在则清空 */fd = open("./dict.cp",O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC,0644);          /* rw-r--r-- *//* 4. 必须检查返回值 */if (fd == -1) {//stderr标准输入流 默认是终端fprintf(stderr, "open failed: %s\n", strerror(errno));return 1;}printf("fd = %d\n", fd);/* 5. 关闭同样检查错误（虽然极少失败，但养成习惯） */if (close(fd) == -1) {//错误处理函数perror("close");return 1;}return 0;
}

拓展部分

2.1文件描述符：

相当于拿到了进程中文件的唯一id，用这个id去控制文件

2.2预读入和缓输出

• 预读入：提前把用户还没要的数据块从磁盘读进页缓存，等你真正 read() 时直接命中内存，磁盘几乎零等待。

• 缓输出：先把用户 write() 的数据写进页缓存就立即返回，内核稍后再异步刷盘（或按 fsync/O_SYNC 强制落盘）。

2.3阻塞和非阻塞（设备文件或者网络文件）

算是设备文件或者网络文件的一种属性，规定了这两种文件如果被读失败时的处理方式

阻塞：阻塞掉CPU等待输入

非阻塞：返回错误信息，不会阻塞。

设置文件的阻塞和非阻塞

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int set_nonblock(int fd, int on) {int flags = fcntl(fd, F_GETFL);if (flags == -1) return -1;if (on)flags |= O_NONBLOCK;elseflags &= ~O_NONBLOCK;//设置flag，成功返回1，否则返回0return fcntl(fd, F_SETFL, flags);
}int main() {int fd = open("fifo", O_RDWR);if (fd == -1) { perror("open"); return 1; }set_nonblock(fd, 1);  /* 设为非阻塞 *//* ... 读写 ... */set_nonblock(fd, 0);  /* 恢复阻塞 */close(fd);return 0;
}

3.read和write函数

read 函数

原型：
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

参数：
fd    文件描述符
buf   存放读入数据的缓冲区
count 缓冲区大小（最多读多少字节）

返回值：
成功：实际读到的字节数（可能 < count）
失败：-1，并设置 errno

-1：并且errno=BAGIN或EWOULDBLOCK，说明不是read失败，而是被阻塞（设备文件或者网络文件）

write 函数

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

参数：
fd    文件描述符
buf   待写入数据的缓冲区
count 要写入的字节数

返回值：
成功：实际写入的字节数（可能 < count）
失败：-1，并设置 errno

demo（实现copy效果）

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>int main(int argc, char *argv[]) int fd1 = open(argv[1], O_RDONLY);if (fd1 == -1) { perror("open src"); return 1; }//以读写打开，有就截断为空，没有就是create，0664是创建的权限int fd2 = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664);if (fd2 == -1) { perror("open dst"); close(fd1); return 1; }char buf[1024];           /* 64K 缓冲更快 */ssize_t n;while ((n = read(fd1, buf, sizeof(buf))) > 0) {if (write(fd2, buf, n) != n) { perror("write"); break; }}if (n == -1) perror("read");close(fd1);close(fd2);return 0;
}

4.lseek函数

lseek 函数（控制光标的偏移）
off_t  lseek(int fd, off_t offset, int whence);

参数：
fd      文件描述符
offset  偏移量（字节数）
whence  偏移基准
SEEK_SET  文件开头
SEEK_CUR  当前位置
SEEK_END  文件末尾

返回值：
成功：返回新的偏移量（相对于文件起始位置的字节数）
失败：-1，并设置 errno

demo（1. 文件的“读”和“写”使用同一偏移位置。）

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>int main(void)
{int fd, n;char msg[] = "It's a test for lseek\n";char ch;fd = open("lseek.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644);if (fd < 0) {perror("open lseek.txt error");exit(1);}write(fd, msg, strlen(msg));/* 使用 fd 对打开的文件进行写操作，文件读写位置位于文件结尾处 */lseek(fd, 0, SEEK_SET);/* 修改文件读写指针位置，位于文件开头。注释该行会怎样呢？ */while ((n = read(fd, &ch, 1))) {if (n < 0) {perror("read error");exit(1);}/* 此处缺少输出或处理逻辑，可自行补充 */}close(fd);return 0;
}

demo（2. 使用 lseek 获取文件大小。）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>int main(int argc, char *argv[])
{int fd = open(argv[1], O_RDWR);if (fd == -1) {perror("open error");exit(1);}int length = lseek(fd, 0, SEEK_END);printf("file size: %d\n", length);close(fd);return 0;
}

demo（3. 使用 lseek 拓展文件大小：要想使文件大小真正拓展，必须引起一次 IO 操作（如 write 一个字节

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char *argv[])
{int fd = open(argv[1], O_RDWR);if (fd == -1) {perror("open error");exit(1);}int length = lseek(fd, 110, SEEK_END);printf("file size:%d\n", length);//引起真正的io操作，否则只是简单的偏移。write(fd, "a", 1);close(fd);return 0;
}

5.inode和detry

总结一句话是：inode本身是文件的一种数据结构，他记录了许多文件的属性。dentry是目录项一个目录中有许多dentry，dentry记录了文件名->inode的映射。

inode（索引节点）

• inode 是文件系统中的一个数据结构，用于存储文件的元数据（metadata），但不包括文件名。

• 元数据 包括文件的权限、所有者、大小、创建时间、修改时间、访问时间、文件类型（如普通文件、目录、符号链接等）、以及指向文件数据块的指针等。

• 每个文件在文件系统中都有一个唯一的 inode 号，通过这个 inode 号可以找到文件的 inode，进而访问文件的元数据和数据块。

dentry（目录项）

• dentry 是目录中的一个条目，它将文件名与 inode 号关联起来。

• 目录际上是一个特殊的文件，其中包含了多个 dentry，每个 dentry 包含一个文件名和一个指向 inode 的指针。

  • · 当你访问一个文件时，系统首先在目录中查找对应的 dentry，通过 dentry 中的 inode 号找到文件的 inode，然后通过 inode 访问文件数据。

6.lstat和stat函数

其实就是用文件名获得inode，通过inode结构体获取文件的一些属性。

stat/lstat 函数：
int stat(const char *path, struct stat *buf);

参数：
path：文件路径
buf：（传出参数）存放文件属性。

返回值：
成功：0
失败：-1 errno

获取文件大小：buf.st_size
获取文件类型：buf.st_mode
获取文件权限：buf.st_mode

符号穿透：stat会。lstat不会。

demo

#include <sys/stat.h>
#include <pthread.h>int main(int argc, char *argv[])
{struct stat sb;int ret = stat(argv[1], &sb);if (ret == -1) {perror("stat error");exit(1);}if (S_ISREG(sb.st_mode)) {printf("It's a regular\n");} else if (S_ISDIR(sb.st_mode)) {printf("It's a dir\n");} else if (S_ISFIFO(sb.st_mode)) {printf("It's a pipe\n");} else if (S_ISLNK(sb.st_mode)) {printf("it's a sym link\n");}return 0;
}

文件权限位

7.link和unlink函数

link函数

硬链接和软连接的区别主要是在，硬链接是不同的dentry但还是相同的inode，相当于给文件取了一个别名（我的理解）而软连接是新创建了一个文件用于链接可以类比windows中的快捷方式。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>int main(int argc, char *argv[])
{link(argv[1], argv[2]);unlink(argv[1]);return 0;
}

unlink函数（调用unlink后并没有直接删除，而是系统择机删除）

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>int main(void)
{int fd;char *p = "test of unlink\n";char *p2 = "after write something.\n";fd = open("temp.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);if (fd < 0){perror("open temp error");exit(1);}int ret = write(fd, p, strlen(p));if (ret == -1) {perror("----write error");}printf("hi! I'm printf\n");ret = write(fd, p2, strlen(p2));if (ret == -1) {perror("----write error");}printf("Enter anykey continue\n");getchar();close(fd);int unlink_ret = unlink("temp.txt");if(unlink_ret < 0){perror("unlink error");exit(1);}return 0;
}