Linux操作文件的底层系统怎么调用

Linux 操作文件的底层系统调用主要通过以下几个核心函数实现，这些函数直接与内核交互，是用户空间程序访问文件系统的桥梁：

1. 文件描述符（File Descriptor）

• 每个打开的文件对应一个整数文件描述符（fd），是内核维护的打开文件表的索引。
• 标准文件描述符：
  • 0: 标准输入（STDIN_FILENO）
  • 1: 标准输出（STDOUT_FILENO）
  • 2: 标准错误（STDERR_FILENO）

2. 核心系统调用

打开/创建文件

#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

• 参数：
  • pathname: 文件路径。
  • flags: 打开方式（如 O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR, O_CREAT, O_TRUNC 等）。
  • mode: 文件权限（仅 O_CREAT 时生效，如 0644）。
• 返回：成功返回文件描述符，失败返回 -1。

关闭文件

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

读写文件

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

• 参数：
  • fd: 文件描述符。
  • buf: 数据缓冲区。
  • count: 读写字节数。
• 返回：实际读写字节数，失败返回 -1。

文件定位

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

• whence：
  • SEEK_SET: 文件开头。
  • SEEK_CUR: 当前位置。
  • SEEK_END: 文件末尾。

文件元数据

#include <sys/stat.h>
int stat(const char *pathname, struct stat *buf);
int fstat(int fd, struct stat *buf);

• 获取文件信息（如大小、权限等），填充到 struct stat 结构体中。

删除文件/目录

int unlink(const char *pathname); // 删除文件
int rmdir(const char *pathname); // 删除空目录

内存映射（高效IO）

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);

• 将文件映射到内存，直接通过指针操作文件。

3. 文件描述符复制

int dup(int oldfd); // 复制描述符（返回最小可用fd）
int dup2(int oldfd, int newfd); // 强制指定新fd

4. 同步写入（确保数据落盘）

#include <unistd.h>
int fsync(int fd); // 同步文件数据+元数据
int fdatasync(int fd); // 仅同步文件数据

5. 示例代码

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    write(fd, "Hello", 5);
    lseek(fd, 0, SEEK_SET);

    char buf[10];
    read(fd, buf, 5);
    close(fd);
    return 0;
}

6. 底层原理

1. 用户态到内核态切换：通过软中断（如 int 0x80 或 syscall 指令）触发系统调用。
2. VFS（虚拟文件系统）：内核抽象层，统一处理不同文件系统（ext4, NTFS等）。
3. 页缓存（Page Cache）：内核缓存文件数据，减少磁盘IO。

7. 性能与安全提示

• 减少系统调用：批量读写（如 readv/writev）或使用 mmap。
• 检查返回值：始终处理错误（如 errno）。
• 文件锁：使用 fcntl 或 flock 避免竞争条件。

通过掌握这些系统调用，可以深入理解Linux文件操作的底层机制，并编写高效、可靠的代码。