系统调用

系统调用进入内核

库函数fputc()和系统调用write性能比较

问题抛出：向文件中每次写入一个字节的数据，使用库函数fputc()快还是系统调用write()快？

从上图看，库函数使用系统调用向磁盘文件写入数据，应该是系统调用快？
使用strace命令可以跟踪程序执行，查看调用的系统函数，测试结果为fputc()更快
原因：预读入和缓输出

操作系统内核有一个系统级缓冲，当这个系统级缓冲满了(默认4096byte)，才向磁盘写入数据，因为磁盘写数据非常慢一次尽可能写入更多,减少访问磁盘次数，可以提高效率。这就是缓输出，预读入也是同样机制。
为何fputc()比write()快？原因是fgutc()内部也有一个缓冲区，当写满后(4096byte)才向操作系统发起系统调用，而直接write(),写一个字节，就发起一次系统调用，系统调用次数是使用fputc()的4096倍，频繁的内核态与用户态切换很耗时

文件描述符

PCB进程控制块：本质 结构体。

成员：文件描述符表。key-value形式：key代表文件描述符，value代表一个指针，指向一个file结构体
struct file {
…
目录项指针
文件的偏移量；
文件的访问权限；
文件的打开标志；
文件内核缓冲区的首地址；
struct operations * f_op;
…
};
文件描述符：0/1/2/3/4...../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

阻塞和非阻塞

阻塞、非阻塞是设备文件、网络文件的属性。

    产生阻塞的场景。 读设备文件。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) --- 设置 /dev/tty 非阻塞状态。(默认为阻塞状态)
    函数read()    返回值为-1： 并且 errno = EAGIN 或 EWOULDBLOCK, 

    说明不是read失败，而是read在以非阻塞方式读一个设备文件（网络文件），并且文件无数据。

常用文件IO函数

1. open函数

    函数原型：int open(char *pathname, int flags)    #include <unistd.h>

    参数：
        pathname: 欲打开的文件路径名

        flags：文件打开方式：   #include <fcntl.h>

            O_RDONLY|O_WRONLY|O_RDWR    O_CREAT|O_APPEND|O_TRUNC|O_EXCL|O_NONBLOCK ....
            O_TRUNC表示将文件内容清空
            O_NONBLOCK表示将文件设置为非阻塞状态

    返回值：

        成功： 打开文件所得到对应的 文件描述符（整数）

        失败： -1， 设置errno

    函数原型2：int open(char *pathname, int flags， mode_t mode)      123  775    

    参数：

        pathname: 欲打开的文件路径名

        flags：文件打开方式：   O_RDONLY|O_WRONLY|O_RDWR    O_CREAT|O_APPEND|O_TRUNC|O_EXCL|O_NONBLOCK ....

        mode: 参数3使用的前提， 参2指定了 O_CREAT。  取值8进制数，用来描述文件的 访问权限。 rwx    0664

            创建文件最终权限 = mode & ~umask

    返回值：

        成功： 打开文件所得到对应的 文件描述符（整数）

        失败： -1， 设置errno  
        errno是一个系统变量，能够返回错误类型，使用strerror(errno)可以打印出具体类型

2. read 函数

    函数原型：size_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：

        0：读到文件末尾。

        成功； > 0 读到的字节数。

        失败： -1， 设置 errno

        -1： 并且 errno = EAGIN 或 EWOULDBLOCK, 

        说明不是read失败，而是read在以非阻塞方式读一个设备文件（网络文件），并且文件无数据。

3. write 函数

    函数原型：size_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

    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. 错误相关函数

    printf("xxx error: %d\n", errno);

    char *strerror(int errnum);

        printf("xxx error: %s\n", strerror(errno));

    void perror(const char *s);

        perror("open error");

5. fcntl函数

    函数原型：int (int fd, int cmd, ...) 改变一个【已经打开】的文件的 

    访问控制属性。重点掌握两个参数的使用，F_GETFL 和 F_SETFL。

    int flgs = fcntl(fd,  F_GETFL);

    flgs |= O_NONBLOCK

    fcntl(fd,  F_SETFL, flgs);

    获取文件状态： F_GETFL

    设置文件状态： F_SETFL

6. lseek函数

    函数原型：off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

    参数：
        fd：文件描述符

        offset： 偏移量

        whence：起始偏移位置： SEEK_SET/SEEK_CUR/SEEK_END

    返回值：

        成功：较起始位置偏移量

        失败：-1 errno

    应用场景：   
        1. 文件的“读”、“写”使用同一偏移位置。

        2. 使用lseek获取文件大小

        3. 使用lseek拓展文件大小：要想使文件大小真正拓展，必须引起IO操作（写入，读出）。

        4. 使用 truncate 函数，直接拓展文件。   int ret = truncate("dict.cp", 250);