1、系统编程概述

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。

学会了C语言再知道一些使用系统调用的方法，就可以进行Linux系统编程了。

2、系统调用概述

系统的软件层次

系统调用是操作系统提供给用户程序的一组“特殊”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。

例如：

用户可以通过文件系统相关的系统调用，请求系统打开文件、关闭文件或读写文件

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。

在Linux中，应用程序编程接口(API)遵循POSIX标准

POSIX标准基于当时现有的UNIX 实践和经验，描述了操作系统的系统调用编程接口（实际上就是API），用于保证应用程序可以在源代码一级上在多种操作系统上移植运行。

如：

linux下写的open、write 、read可以直接移植到unix操作系统下

3、系统调用I/O函数

系统调用中操作I/O的函数，都是针对文件描述符的。通过文件描述符可以直接对相应的文件进行操作。

如：open、close、write 、read、ioctl

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开的文件。

#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

程序运行起来后这三个文件描述符是默认打开的。

3.1 open函数

#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>//当文件存在时使用：int open(const char *pathname, int flags);//当文件不存在时使用：int open(const char *pathname,int flags, mode_t mode); 

功能：打开一个文件

参数：

pathname：文件的路径及文件名。

flags：open函数的行为标志。

mode：文件权限(可读、可写、可执行)的设置

返回值：

成功返回打开的文件描述符。

失败返回-1，可以利用perror去查看原因

3.2 close函数

#include <unistd.h>int close(int fd);

功能：关闭一个文件

参数：fd是调用open打开文件返回的文件描述符。

返回值：

成功返回0。

失败返回-1，可以利用perror去查看原因。

3.3 write函数

#include <unistd.h>ssize_t write(int fd, const void *addr,size_t count);

功能：把指定数目的数据写到文件

参数：

fd：文件描述符。

addr：数据 首地址。

count：写入数据的字节个数。

返回值：

成功返回实际写入数据的字节个数。

失败返回-1，可以利用perror去查看原因

3.4 read函数

#include <unistd.h>ssize_t read(int fd, void *addr, size_t count);

功能：

把指定数目的数据读到 内存

参数：

fd：文件描述符。

addr：内存 首地址。

count：读取的字节个数。

返回值：

成功返回实际读取到的字节个数。

失败返回-1，可以利用perror去查看原因

3.4 remove函数

#include <stdio.h>int remove(const char *pathname);

功能：删除文件

参数：pathname ：文件的路名+文件名。

返回值：

成功返回0。

失败返回-1，可以利用perror去查看原因。

4、系统调用与库

库函数由两类函数组成

不需要调用系统调用

不需要切换到内核空间即可完成函数全部功能，并且将结果反馈给应用程序，如strcpy、bzero等字符串操作函数。

需要调用系统调用

需要切换到内核空间，这类函数通过封装系统调用去实现相应功能，如printf、fread等

库 函数与系统调用的关系 ：

并不是所有的系统调用都被封装成了库函数，系统提供的很多功能都必须通过系统调用才能实现。

系统调用是需要时间的，程序中 频繁 的使用系统调用会降低程序的运行效率。

当运行内核代码时，CPU工作在内核态，在系统调用发生前需要保存用户态的栈和内存环境，然后转入内核态工作。系统调用结束后，又要切换回用户态。这种环境的切换会消耗掉许多时间。

库函数访问文件的时候根据需要，设置不同类型的缓冲区，从而减少了直接调用IO系统调用的次数，提高了访问效率。