【系统调用】常用系统调用函数（三）

系统调用概念

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。

系统编程主要就是为了让用户能够更好和更方便的操作硬件设备，并且对硬件设备也起到保护作用。我们所写的程序，本质就是对硬件设备的操作，所以操作系统提供接口可以对硬件进行操作。

系统调用概述：

    本质都是要对硬件设备进行操作，但是Linux操作系统在硬件之上设置了内核，也就是只有内核才可以直接操作硬件设备，如果想操作内核，需要调用内核的系统调用，如果要操作内核中的系统调用，有三种方式：

第一种：shell，用户通过shell命令，由shell解释器操作内核的系统调用。
第二种：库函数，用户通过应用层库函数的接口，比如fread对内核的系统调用进行操作。
第三种：应用层系统调用，它可以直接对内核的系统调用进行操作。
系统调用时操作系统提供给用户程序的一组“特殊”的函数接口。

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。

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，用一个非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。

系统调用遵循的规范：

    在Linux中，应用程序编程接口（API）遵循POSIX标准。

系统调用I/O函数

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凯的文件。

    在系统调用（文件IO）中，文件描述符对文件起到标识作用，如果要操作文件，就是对文件描述符的操作。

当一个程序运行或一个进程开启时，系统会自动创建三个文件描述符。

#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
如果自己打开文件，会返回文件描述符，而文件描述符一般按照从小到大依次创建的顺序。

1. 常用系统调用函数

2. 其他I/O函数

2.1 access函数

#include<unistd.h>

int access(const char *pathname, int mode);

功能：

        测试指定文件是否具有某种属性。

参数：

        pathname：文件名

        mode：文件权限，4种权限

                R_OK：是否有读权限

                W_OK：是否有写权限

                X_OK：是否有执行权限

                F_OK：测试文件是否存在

返回值：

        0：有某种权限，或者文件存在

        -1：没有，或文件不存在

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    if (access("example.txt", R_OK) == -1) {
        perror("Failed to access the file");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理文件访问权限
 
    return 0;
}

2.2 chmod函数

#include<sys/stat.h>

int chmod(const char *pathname, mode_t mode);

功能：

        修改文件权限。

参数：

        filename：文件名

        mode：权限（8进制数）

返回值：

        成功：0

        失败：-1

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
 
int main() {
    if (chmod("example.txt", S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH) == -1) {
        perror("Failed to change file mode");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理文件权限
 
    return 0;
}

2.3 chown函数

#include<unistd.h>

int chown(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group);

功能：

        修改文件所有者和所属组。

参数：

        pathname：文件或目录名

        owner：文件所有者id，通过查看/etc/passwd所得到所有者id

        group：文件所属组id，通过查看/etc/passwd得到用户组id

返回值：

        成功：0

        失败：-1

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    if (chown("example.txt", 1000, 1000) == -1) {
        perror("Failed to change file ownership");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理文件所有者和所属组
 
    return 0;
}

2.4 truncate函数

#include<unistd.h>

#include<sys/types.h>

int truncate(const char *path, off_t length);

功能：

        修改文件大小。

参数：

        path：文件名字

        length：指定的文件大小

                a)比原来小，删掉后边的部分

                b)比原来大，向后拓展

返回值：

        成功：0

        失败：-1

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    if (truncate("example.txt", 100) == -1) {
        perror("Failed to truncate the file");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理文件截断
 
    return 0;
}

2.5 link函数

#include<unistd.h>

int link(const char *oldpath, const char *newpath);

功能：

        创建一个硬链接。

参数：

        oldpath：源文件名字

        newpath：硬链接名字

返回值：

        成功：0

        失败：-1

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    if (link("example.txt", "example_link.txt") == -1) {
        perror("Failed to create hard link");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理硬链接
 
    return 0;
}

2.6 symlink函数

#include<unistd.h>

int symlink(const char *target, const char *linkpath);

功能：

        创建一个软连接

参数：

        target：源文件名字

        linkpath：软连接名字

返回值：

        成功：0

        失败：-1

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    if (symlink("example.txt", "example_symlink.txt") == -1) {
        perror("Failed to create symbolic link");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理符号链接
 
    return 0;
}

2.7 readlink函数

#include<unistd.h>

ssize_t readlink(const char *pathname, char *buf, size_t bufsize);

功能：

        读软连接对应的文件名，不是读内容（该函数只能读软连接文件）。

参数：

        pathname：软连接名

        buf：存放软件对应的文件名

        bufsize：缓冲区大小（第二个参数存放的最大字节数）

返回值：

        成功：>0，读到buf中的字符个数

        失败：-1

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
#define BUFFER_SIZE 1024
 
int main() {
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    ssize_t len = readlink("example_symlink.txt", buffer, BUFFER_SIZE - 1);
    if (len == -1) {
        perror("Failed to read symbolic link");
        exit(1);
    }
    buffer[len] = '\0';
 
    // 在这里可以继续处理读取的符号链接目标
 
    return 0;
}

2.8 unlink函数

#include<unistd.h>

int unlink(const char *pathname);

功能：

        删除一个文件（软硬链接文件）。

参数：

        pathname：删除的文件名字

返回值：

        成功：0

        失败：-1

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    if (unlink("example.txt") == -1) {
        perror("Failed to remove the file");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理文件删除
 
    return 0;
}

2.9 rename函数

#include<stdio.h>

int rename(const char *oldpath, const char *newpath);

功能：

        把oldpath的文件名改为newpath。

参数：

        oldpath：旧文件名

        newpath：新文件名

返回值：

        成功：0

        失败：-1

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main() {
    if (rename("example.txt", "new_example.txt") == -1) {
        perror("Failed to rename the file");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理文件重命名
 
    return 0;
}

3. 目录相关函数

3.1 getcwd函数

#include<unistd.h>

char *getcwd(char *buf, size_t size);

功能：

        buf：缓冲区，存储当前的工作目录。

        size：缓冲区大小。

返回值：

        成功：buf中保存当前进程工作目录位置

        失败：NULL

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
#define PATH_MAX 4096
 
int main() {
    char current_path[PATH_MAX];
    if (getcwd(current_path, sizeof(current_path)) == NULL) {
        perror("Failed to get the current working directory");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理当前工作目录
 
    return 0;
}

3.2 chdir函数

#include<unistd.h>

int chdir(const char *path);

功能：

        修改当前进程（应用程序）的路径。

参数：

        path：切换的路径。

返回值：

        成功：0

        失败：-1

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    if (chdir("/path/to/directory") == -1) {
        perror("Failed to change the directory");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理目录切换
 
    return 0;
}

3.3 opendir函数

#include<sys/types.h>

#include<dirent.h>

DIR *opendir(const char *name);

功能：

        打开一个目录。

参数：

        name：目录名。

返回值：

        成功：返回指向该目录结构体指针。

        失败：NULL

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
 
int main() {
    DIR* dir = opendir(".");
    if (dir == NULL) {
        perror("Failed to open the directory");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理打开的目录
 
    closedir(dir); // 关闭目录
 
    return 0;
}

3.4 closedir函数

#include<sys/types.h>

#include<dirent.h>

int closedir(DIR *dirp);

功能：

        关闭目录。

参数：

        dirp：opendir返回的指针。

返回值：

        成功：0

        失败：-1

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
 
int main() {
    DIR* dir = opendir(".");
    if (dir == NULL) {
        perror("Failed to open the directory");
        exit(1);
    }
 
    // 在这里可以继续处理打开的目录
 
    if (closedir(dir) == -1) {
        perror("Failed to close the directory");
        exit(1);
    }
 
    return 0;
}

3.5 readdir函数

#include<dirent.h>

struct dirent *readdir(DIR *dirp);

功能：

        dirp：opendir的返回值。

返回值：

        成功：目录结构体指针。

        失败：NULL

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
 
int main() {
    DIR* dir = opendir(".");
    if (dir == NULL) {
        perror("Failed to open the directory");
        exit(1);
    }
 
    struct dirent* entry;
    while ((entry = readdir(dir)) != NULL) {
        // 在这里可以处理每个目录项
    }
 
    closedir(dir); // 关闭目录
 
    return 0;
}