fopen 函数实现追踪（glibc 2.9）（了解和选学）

目录

一、下载源码

二、源码分析：从 fopen 到系统调用

(1) fopen 的入口宏定义

(2) _IO_new_fopen 函数

(3) __fopen_internal 函数

(4) _IO_new_file_fopen 函数

(5) _IO_file_open 函数

(6) __open 系统调用封装

(7) INLINE_SYSCALL 宏

(8) INTERNAL_SYSCALL 宏（x86-64 架构）

三、总结：fopen 的完整调用链

四、关键细节说明

五、伪代码简化

---

一、下载源码

可通过以下镜像站获取 glibc 2.9 源码：

中国科学技术大学镜像站：https://mirrors.ustc.edu.cn/gnu/libc/

清华大学镜像站：https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/gnu/libc/

---

二、源码分析：从 fopen 到系统调用

(1) fopen 的入口宏定义

#define _IO_new_fopen fopen  // 宏定义，确保兼容性

实际调用的是 _IO_new_fopen，这是 glibc 内部实现的入口。

(2) _IO_new_fopen 函数

_IO_FILE *
_IO_new_fopen (const char *filename, const char *mode) {return __fopen_internal(filename, mode, 1);
}

作用：调用内部函数 __fopen_internal，参数 is32=1 表示处理 32 位偏移（大文件支持）。

(3) __fopen_internal 函数

_IO_FILE *
__fopen_internal(const char *filename, const char *mode, int is32) {// 实际调用 _IO_file_fopen（通过宏别名）if (INTUSE(_IO_file_fopen)((_IO_FILE *)new_f, filename, mode, is32)) {// 错误处理省略...}
}

关键点：

• INTUSE 宏用于兼容性处理，实际调用 _IO_new_file_fopen（通过别名 INTDEF2 定义）。

• 参数 new_f 是未初始化的 _IO_FILE 结构体指针。

(4) _IO_new_file_fopen 函数

_IO_FILE *
_IO_new_file_fopen(_IO_FILE *fp, const char *filename, const char *mode, int is32not64) {// 解析模式字符串（如 "r"、"w+"），生成 posix_mode 和 flagsint omode = /* 解析 mode 字符串 */;int oflags = /* 转换为 open() 的 flags */;int oprot = /* 文件保护权限（如 0644） */;// 调用底层文件打开函数result = _IO_file_open(fp, filename, omode|oflags, oprot, read_write, is32not64);
}

作用：

• 解析用户传入的 mode 字符串（如 "rb"），转换为系统调用所需的标志（如 O_RDONLY）。

• 调用 _IO_file_open 执行实际文件打开操作。

(5) _IO_file_open 函数

_IO_FILE *
_IO_file_open(_IO_FILE *fp, const char *filename, int posix_mode, int prot, int read_write, int is32not64) {// 调用系统级 open()fdesc = open(filename, posix_mode, prot);// 错误处理及 FILE 结构体初始化省略...
}

关键点：

• open 是宏定义，实际调用 __open（glibc 的封装）。

• 返回的文件描述符 fdesc 会存储到 _IO_FILE 结构体中。

(6) __open 系统调用封装

#define open(Name, Flags, Prot) __open(Name, Flags, Prot)int __open(const char *file, int oflag, mode_t mode) {return INLINE_SYSCALL(open, 3, file, oflag, mode);
}

作用：通过宏和内联汇编触发系统调用。

(7) INLINE_SYSCALL 宏

#define INLINE_SYSCALL(name, nr, args...) \
({ \unsigned long int resultvar = INTERNAL_SYSCALL(name, , nr, args); \if (__builtin_expect(INTERNAL_SYSCALL_ERROR_P(resultvar), 0)) { \__set_errno(INTERNAL_SYSCALL_ERRNO(resultvar)); \resultvar = -1; \} \(long int)resultvar; \
})

功能：

• 调用 INTERNAL_SYSCALL 执行系统调用。

• 检查返回值是否出错，若出错则设置 errno。

(8) INTERNAL_SYSCALL 宏（x86-64 架构）

#define INTERNAL_SYSCALL(name, err, nr, args...) \
({ \unsigned long int resultvar; \LOAD_ARGS_##nr(args) \  // 加载参数到寄存器asm volatile( \"syscall\n\t" \     // 触发系统调用指令: "=a"(resultvar) \ // 返回值存入 %rax: "0"(__NR_##name) ASM_ARGS_##nr \ // 系统调用号存入 %eax: "memory", "cc", "r11", "cx"); \  // 破坏的寄存器(long int)resultvar; \
})

关键点：

• 系统调用号通过 __NR_open 定义（例如 #define __NR_open 2）。

• 使用 syscall 指令触发内核操作。

---

三、总结：fopen 的完整调用链

• 用户调用：fopen("file.txt", "r")。

• glibc 封装：_IO_new_fopen → __fopen_internal → _IO_new_file_fopen → _IO_file_open。

• 系统调用：open() → __open → INLINE_SYSCALL → syscall 指令。

• 内核处理：内核根据系统调用号 __NR_open 执行文件打开操作，返回文件描述符。

---

四、关键细节说明

• 兼容性处理：INTDEF2 和 INTUSE 宏用于维护新旧符号的兼容性（如 _IO_file_fopen 和 _IO_new_file_fopen）。

• 大文件支持：参数 is32 或 is32not64 控制是否使用 32 位偏移（影响 _IO_FILE 的内部实现）。

• 错误处理：系统调用失败时，通过 __set_errno 设置错误码（如 ENOENT）。

---

五、伪代码简化

fopen()→ _IO_new_fopen()→ __fopen_internal()→ _IO_new_file_fopen()→ _IO_file_open()→ __open()→ INLINE_SYSCALL(open)→ syscall(__NR_open)  // 进入内核

通过以上分析，可以清晰看到 fopen 从用户接口到系统调用的完整路径，以及 glibc 在其中的封装和兼容性处理。