系统调用

定义：操作系统以函数形式提供的一些功能，我们平时所使用的操作系统的功能绝大部分都是通过系统调用实现的。

系统调用的运行机制：

​ 这些系统调用都是被封装成了C函数的形式，但使用系统调用的机制与真正的函数调用不同。

​ 普通函数：函数调用是生成一条跳转语句，跳转到函数所在的代码段位置执行，执行完之后再返回。

​ 系统调用：为了系统的安全，不能让应用程序跳转到内核所在的位置执行，而是先开辟一块内核与应用程序共享的区域用于存放系统调用所需要的参数，然后应用程序再给内核发送信号告诉内核要执行的系统调用，然后内核从共享区域获取参数，执行完成后再把返回值放到共享区域。

用户态和内存态：

​ 应用程序执行的时间段叫用户态，把系统调用执行的时间段叫内核态。

​ 使用time可以获取程序的执行时间，以及用户态和内核态分别的执行时间。

​ 注意：当调用标准库的函数时，可能工作在用户态也可能工作在内核态，因为标准库函数中可能使用到了系统调用，比如：malloc/free

​ time ./a.out

​ real 应用程序的总用时

​ user 用户态执行时间

​ sys 内核态执行时间

​ strace ./a.out 跟踪系统调用

一切皆文件：

​ 在UNIX/Linux系统中，把一些复杂的设备、服务抽象出一个统一的操作系统，这种接口就是文件，也就是把这些设备和服务封装成了文件，这样应用程序就可以像访问文件一样去访问串口、网络、打印机等设备。

​ 文件分类：

​ 普通文件 -

​ 目录文件 d

​ 链接文件 l

​ 设备文件 b/c/n 块设备/字符设备/网络设备

​ 管道文件 p

​ socket文件 s

文件相关的系统调用

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

​ 功能：打开或创建文件

​ pathname：文件路径

​ flag：打开文件时的权限

​ O_RDONLY 只读

​ O_WRONLY 只写

​ O_RDWR 读写

​ O_CREAT 文件不存在时则创建

​ O_EXCL 配合创建使用，文件存在时出错

​ O_TRUNC 清空

​ O_APPEND 追加

作业：使用strace 测试出fopen的w，r，a，w+，r+，a+对应的flags。

​ w：O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC

​ r：O_RDONLY

​ a：O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND

​ w+：O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC

​ r+：O_RDWR

​ a+： O_RDWR|O_CREAT|O_APPEND

mode：创建文件时的权限 mmm 与chmod的权限设置方式一致

返回值：文件描述符

​ 失败返回-1

int close(int fd);成功返回 0失败返回-1ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
功能：写入数据
fd：文件描述符，open函数的返回值
buf：待写入的内存首地址
count：要写入的字节数
返回值：成功写入的字节数ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
功能：读取数据
fd：文件描述符，open函数的返回值
buf：存储读取到数据的内存首地址
count：buf的大小
返回值：成功读取的字节数

文件描述符

​ 是一个非负整数，代表一个打开的文件，每个打开的文件内核中就会有一个对应着的结构体（相当于标准C中的FILE），该结构中记录着文件相关的详细信息，为的是内核的安全，内核中的所有数据都不能暴露，因此只能给应用层返回一个整数，该整数对应着内核中的文件结构体，也叫做句柄。

​ 有默认打开的三个文件描述符：（FILE类型的结构指针）

​ 0 标准输入 stdin STDIN_FILENO

​ 1 标准输出 stdout STDOUT_FILENO

​ 2 标准错误 stderr STDERR_FILENO

​ int fileno(FILE *stream);

​ 功能：获取文件结构中的描述符

​ fileno(stdin) = 0;

​ FILE *fdopen(int fd, const char *mode);

​ 功能：把文件权限转化为文件描述符

标准IO与系统IO

1、当使用系统调用时，需要从用户态切换到内核态，当系统调用执行完成后再从内核态切换到用户态，如果频繁切换回浪费很多时间

2、而标准IO使用了缓冲区机制，数据并不会立即写入文件，而是先暂存到缓冲区中，当缓冲区满时，在一次性写入文件中，从而大大降低了用户态与内核态的切换次数，因此节约了大量时间。所以标准IO要比直接使用系统IO快。

3、如果系统IO也使用缓冲区机制，它的速度将比标准IO更快。

随机读写

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
功能：设置文件位置指针	标准IO
返回值：成功返回0，失败返回-1long ftell(FILE *stream);
功能：获取文件位置指针off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
功能：设置文件位置指针	系统IO
返回值：调整后的文件位置指针