[TOC] # 簡介 從邏輯上來說，系統調用可被看成是一個內核與用戶空間程序交互的接口——它好比一個中間人，把用戶進程的請求傳達給內核，待內核把請求處理完畢后再將處理結果送回給用戶空間。  系統服務之所以需要通過系統調用來提供給用戶空間的根本原因是為了對系統進行“保護”，因為我們知道 Linux 的運行空間分為內核空間與用戶空間，它們各自運行在不同的級別中，邏輯上相互隔離。 換句話說，用戶訪問內核的路徑是事先規定好的，只能從規定位置進入內核，而不準許肆意跳入內核。有了這樣的陷入內核的統一訪問路徑限制才能保證內核安全無誤 ## 系統調用的實現 系統調用是屬于操作系統內核的一部分的，必須以某種方式提供給進程讓它們去調用。 CPU 可以在不同的特權級別下運行，而相應的操作系統也有不同的運行級別，**用戶態和內核態**。 運行在內核態的進程可以毫無限制的訪問各種資源，而在用戶態下的用戶進程的各種操作都有著限制，比如不能隨意的訪問內存、不能開閉中斷以及切換運行的特權級別。顯然，屬于內核的系統調用一定是運行在內核態下，但是如何切換到內核態呢？ 答案是軟件中斷。軟件中斷和我們常說的中斷（硬件中斷）不同之處在于，它是通過軟件指令觸發而并非外設引發的中斷，也就是說，又是編程人員開發出的一種異常（該異常為正常的異常）。 **操作系統一般是通過軟件中斷從用戶態切換到內核態** ## 系統調用和庫函數的區別 Linux 下對文件操作有兩種方式：**系統調用（system call）**和**庫函數調用（Library functions）**。 庫函數由兩類函數組成： 1. 不需要調用系統調用 不需要切換到內核空間即可完成函數全部功能，并且將結果反饋給應用程序，如strcpy、bzero 等字符串操作函數。 2. 需要調用系統調用 需要切換到內核空間，這類函數通過封裝系統調用去實現相應功能，如 printf、fread等。  系統調用是需要時間的，程序中頻繁的使用系統調用會降低程序的運行效率。當運行內核代碼時，CPU工作在內核態，在系統調用發生前需要保存用戶態的棧和內存環境，然后轉入內核態工作。系統調用結束后，又要切換回用戶態。這種環境的切換會消耗掉許多時間 # C庫中IO函數工作流程  庫函數訪問文件的時候根據需要，設置不同類型的緩沖區，從而減少了直接調用 IO 系統調用的次數，提高了訪問效率。 這個過程類似于快遞員給某個區域（內核空間）送快遞一樣，快遞員有兩種方式送： 1. 來一件快遞就馬上送到目的地，來一件送一件，這樣導致來回走比較頻繁（系統調用） 2. 等快遞攢著差不多后（緩沖區），才一次性送到目的地（庫函數調用） # 錯誤處理函數 errno 是記錄系統的最后一次錯誤代碼。代碼是一個int型的值，在errno.h中定義。查看錯誤代碼errno是調試程序的一個重要方法。 當Linux C api函數發生異常時，一般會將errno全局變量賦一個整數值，不同的值表示不同的含義，可以通過查看該值推測出錯的原因。 ~~~ #include <stdio.h> //fopen #include <errno.h> //errno #include <string.h> //strerror(errno) ? int main() { FILE *fp = fopen("xxxx", "r"); if (NULL == fp) { printf("%d\n", errno); //打印錯誤碼 printf("%s\n", strerror(errno)); //把errno的數字轉換成相應的文字 perror("fopen err"); //打印錯誤原因的字符串 } ? return 0; } ~~~ 查看錯誤號： > /usr/include/asm-generic/errno-base.h > > /usr/include/asm-generic/errno.h # 虛擬地址空間 每個進程都會分配虛擬地址空間，在32位機器上，該地址空間為4G 。  # 文件描述符 打開現存文件或新建文件時，系統（內核）會返回一個文件描述符，文件描述符用來指定已打開的文件。這個文件描述符相當于這個已打開文件的標號，文件描述符是非負整數，是文件的標識，操作這個文件描述符相當于操作這個描述符所指定的文件。 程序運行起來后（每個進程）都有一張文件描述符的表，標準輸入、標準輸出、標準錯誤輸出設備文件被打開，對應的文件描述符 0、1、2 記錄在表中。程序運行起來后這三個文件描述符是默認打開的 ~~~ #define STDIN_FILENO 0 //標準輸入的文件描述符 #define STDOUT_FILENO 1 //標準輸出的文件描述符 #define STDERR_FILENO 2 //標準錯誤的文件描述符 ~~~ 在程序運行起來后打開其他文件時，系統會返回文件描述符表中最小可用的文件描述符，并將此文件描述符記錄在表中.  **最大打開的文件個數** Linux 中一個進程最多只能打開 NR\_OPEN\_DEFAULT （即1024）個文件，故當文件不再使用時應及時調用 close() 函數關閉文件。 * 查看當前系統允許打開最大文件個數： > cat /proc/sys/fs/file-max * 當前默認設置最大打開文件個數1024 > ulimit -a * 修改默認設置最大打開文件個數為4096 > ulimit -n 4096