5、C/C++——Linux系统编程
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一、系统调用：
什么是系统调用:
操作系统实现并提供给外部应用程序的编程接口(Application Programming Interface,API), 是应用程序同系统之间数据交互的桥梁。
C标准函数和系统函数调用关系如一个helloworld 如何打印到屏幕：
二、C标准库文件IO函数：
include unix标准库
1、错误处理函数：
char *strerror(int errnum) ;将errno错误 翻译为文字 void perror(const char *s); 打印错误
2、open函数：
int open(char *pathname, int flag) ##include
参数：
Pathname：欲打开的文件路径名 Flag：文件打开方式 O_RDONLY|O_WRONLY|O_RDWR|O_NONBLOCK|O_CREAT: 若文件不存在则创建。 mode: 使用前提是flags指明了O_CREAT，取值8进制数，
(头文件是#include)
返回值：
成功：打开文件所得的 文件描述符（整数）
失败：-1，设置errno(相当于内核的一个全局变量)
int open(char *pathname, int flag, mode_t mode)
参数：
Pathname：欲打开的文件路径名
Flag：文件打开方式 O_RDONLY|O_WRONLY|O_RDWR ……
mode：使用前提是参数2指定为O_CREAT。取八进制数，用来描述文件的访问权限。rwx 创建文件的最终权限=mode&~unmask 返回值：所得的 文件
成功：打开文件描述符（整数）
失败：-1，设置errno(相当于内核的一个全局变量)
2、close函数
int close(int fd);
fd表示open打开文件流的状态码(open的返回值);
close 返回 0 表示 成功 , 或者 -1 表示 有 错误 发生
借助 man 2 func查找对应函数的使用方法
3、read、write函数:
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)
参数：
fd：文件描述符
buf：存数据的缓冲区
count：缓冲区大小 返回值：
成功：读到的字节数
失败：-1，设置errno
-1：如果errno=EAGIN或EWOULDBLOCK，说明不是read失败，而是read在非阻塞方式读一个设备文件（网络文件），并且文件无数据，
write函数：
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count) #const 防止在写入到fd的时候被修改
参数：
fd：文件描述符
buf：待写出数据的缓冲区
count：数据大小 返回值：
成功：写入的字节数
失败：-1，设置errno
4、缓冲区
read、write 函数常常被称为 Unbuffered I/O。指的是无用户级缓冲区。但不保证不使用内核缓冲区。
由于磁盘的读写需要大量时间，为优化读写，最底层的内核会采用预读入缓输出的机制进行IO操作
系统调用和库函数的区别：
5、文件描述符：
下图表示一个进程./a.out的存储空间
PCB：process control block进程控制块 PCB实质上是一个结构体，struct task_struct{}。
- 本质： 结构体
- 成员：文件描述符表
文件描述符：0/1/2/3……1023 表中可用的最小的。
0 – STDIN_FILENO 标准输入
1 - STDOUT_FILENO 标准输出
2- STDERR_FILENO 标准错误
6、阻塞、非阻塞
阻塞是设备文件、网络文件的属性。
产生阻塞的场景，读设备文件or读网络文件。（读常规文件无阻塞概念）
/dev/tty ----终端文件
open("/dev/tty",O_RDWR|O_NONBLOCK) --以非阻塞状态打开/dev/tty终端设备文件
阻塞：
非阻塞：
超时非阻塞：
#include<unistd.h> #include<fcntl.h> int fcntl(int fd, int cmd); int fcntl(int fd, int cmd, long arg); //fcntl用于管理文件记录锁 int fcntl(int fd, int cmd ,struct flock* lock);
int flag = fcntl(fd, F_GETFL); flag |= O_NONBLOCK; fcntl(fd, F_SETFL, flag);
获取文件状态：F_GETFL
设置文件状态：F_SETFL
8、Lseek函数：
Off_t lseek(int fd ,off_t offset, int whence)
参数：
fd：文件描述符
offset：偏移量
whence：启始偏移位置（SEEK_SET/SEEK_CUR/SEEK_END） 返回值：
成功：较启始位置偏移量
失败：-1，设置errno
1、文件读写是使用的同一个偏移量。
2、使用lseek获取文件大小 int lseek(fd , 0 , SEEK_END)
3、扩展文件大小的方式,要使文件大小真正扩展，必须引起IO操作
传入参数：
- 指针作为函数参数
- 通常有const关键字修饰
- 指针指向有效区域，在函数内部做读操作
传出参数：
- 指针作为函数参数
- 在函数调用之前，指针指向的空间可以无意义，但必须有效
- 在函数内部做写操作
- 在函数调用结束后，充当函数返回值
传入传出参数：
- 指针作为函数参数
- 在函数调用之前要有实际意义
- 在函数内部，先做读操作，在做写操作
- 函数调用结束后，充当函数返回值
9、文件系统
文件系统是一组规则，规定对文件的存储及读取的一般方法。文件系统在磁盘格式化过程中指定。常见的文件系统有：fat32 ntfs exfat ext2 、ext3 、ext4
9.1、文件存储：
inode：
其本质为结构体，存储文件的属性信息。如：权限、类型、大小、时间、用户、盘块位置……也叫作文件属性管理结构，大多数的 inode 都存储在磁盘上。少量常用、近期使用的 inode 会被缓存到内存中。
dentry：
dictionary entry目录项，其本质依然是结构体，重要成员变量有两个 {文件名，inode，...}，而文件内容(data)保存在磁盘盘块中。
9.2、文件操作
#include<sys/ stat.h> int state(const char *pathname, struct stat *statbuf);
参数：
Pathname：文件路径
Statbuf：（传出参数）存放文件属性
返回值：
成功：0
struct stat {
dev_t st_dev; /* ID of device containing file */
ino_t st_ino; /* inode number */
mode_t st_mode; /* protection */
nlink_t st_nlink; /* number of hard links */
uid_t st_uid; /* user ID of owner */
gid_t st_gid; /* group ID of owner */
dev_t st_rdev; /* device ID (if special file) */
off_t st_size; /* total size, in bytes */
blksize_t st_blksize; /* blocksize for file system I/O */
blkcnt_t st_blocks; /* number of 512B blocks allocated */
time_t st_atime; /* time of last access */
time_t st_mtime; /* time of last modification */
time_t st_ctime; /* time of last status change */
}; #include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
struct stat sb;
if (argc != 2) {
fprintf(stderr, "Usage: %s <pathname>\n", argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (stat(argv[1], &sb) == -1) {
perror("stat");
exit(EXIT_SUCCESS);
}
printf("File type: ");
switch (sb.st_mode & S_IFMT) {
case S_IFBLK: printf("block device\n"); break;
case S_IFCHR: printf("character device\n"); break;
case S_IFDIR: printf("directory\n"); break;
case S_IFIFO: printf("FIFO/pipe\n"); break;
case S_IFLNK: printf("symlink\n"); break;
case S_IFREG: printf("regular file\n"); break;
case S_IFSOCK: printf("socket\n"); break;
default: printf("unknown?\n"); break;
}
printf("I-node number: %ld\n", (long) sb.st_ino);
printf("Mode: %lo (octal)\n",
(unsigned long) sb.st_mode);
printf("Link count: %ld\n", (long) sb.st_nlink);
printf("Ownership: UID=%ld GID=%ld\n",
(long) sb.st_uid, (long) sb.st_gid);
printf("Preferred I/O block size: %ld bytes\n",
(long) sb.st_blksize);
printf("File size: %lld bytes\n",
(long long) sb.st_size);
printf("Blocks allocated: %lld\n",
(long long) sb.st_blocks);
printf("Last status change: %s", ctime(&sb.st_ctime));
printf("Last file access: %s", ctime(&sb.st_atime));
printf("Last file modification: %s", ctime(&sb.st_mtime));
exit(EXIT_SUCCESS);
} int lstat(const char *path, struct stat *buf);
成返回 0；失败返回-1 设置 errno 为恰当值。
文件类型判断方法：st_mode 取高 4 位。 但应使用宏函数： S_ISREG(m) is it a regular file?
S_ISDIR(m) directory?
S_ISCHR(m) character device?
S_ISBLK(m) block device?
S_ISFIFO(m) FIFO (named pipe)?
S_ISLNK(m) symbolic link? (Not in POSIX.1-1996.)
S_ISSOCK(m) socket? (Not in POSIX.1-1996.)
穿透符号链接：stat：会；lstat：不会
Link/unlink:
结合前面dentry和inode的知识,link可以创建一个文件的dentry也即硬连接，而unlink可以释放一个dentry。
int link(const char *oldpath, const char *newpath); int unlink(const char *pathname);
注意 Linux 下删除文件的机制：不断将 st_nlink -1，直至减到 0 为止。无目录项对应的 文件，将会被操作系统择机释放。(具体时间由系统内部调度算法决定) 因此，我们删除文件，从某种意义上说，只是让文件具备了被释放的条件。
unlink函数的特征：清除文件时，如果文件的硬链接数到0了，没有dentry对应，但该文件仍不会马上被释放。要等到所有打开的文件的进程关闭该文件，系统才会挑时间将文件释放掉。
隐式回收：
当进程结束运行时，所有该进程打开的文件会被关闭，申请的内存空间会被释放。系统 的这一特性称之为隐式回收系统资源。 在写服务器代码的时候一定要避免隐式回收。
9.3、目录操作
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文件、目录权限
目录设置黏住位：若有 w 权限，创建不变，删除、修改只能由 root、目录所有者、文件所有者操作。
重定向dup和dup2:
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int dup(int oldfd); 复制文件的文件描述符，可以共享绝大部分信息对文件进行操作。
int dup2(int oldfd, int newfd);
命令行：cat test.c > out 操作文件描述符，将输出到屏幕(或者其他文件)的内容，转输出到其他out 文件。
dup代码示例：复制文件描述符，并向文件写数据.
类似于copy函数，就是复制原有的文件描述符赋值给新的文件描述符
输出：
查看test.txt文件，里面有两段字符串：
：Advanced Programming! write by fd
：Advanced Programming! write by newfd
dup类似与copy
dup2代码示例：
int dup2(int oldfd, int newfd);函数将新文件描述符更改为旧文件描述符。当对新文件描述符进行操作时，其实是在对旧文件描述符进行读写等操作：既是将oldfd赋值给newfd。
使用fcntl()函数实现dup2():
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