Linux应用基础

1. 基础概念

1.1 系统调用

        系统调用实际上是Linux内核为上层应用程序提供的API接口，方便应用程序进行调用，类似于SVC。

1.2 库函数

        库函数是应用层里边的东西，在系统调用的上层，通常以动态库文件（.so）形式提供。与系统调用区别是：库函数是属于应用层，而系统调用是内核提供给应用层的编程接口，属于系统内核的一部分； 库函数运行在用户空间，调用系统调用会由用户空间（用户态）陷入到内核空间（内核态）；  库函数通常是有缓存的，而系统调用是无缓存的，所以在性能、效率上，库函数通常要优于系统调 用；  可移植性：库函数相比于系统调用具有更好的可移植性。

2. I/O基础

        open/write/read/close等，主要说一下lseek。lseek函数用于设置文件读写偏移量，其他详细信息看手册。

3. Linux系统下的文件管理

3.1 静态文件与inode

        静态文件：电脑硬盘、移动硬盘、U 盘等外部存储设 备，文件存放在磁盘文件系统中，并且以一种固定的形式进行存放，我们把他们称为静态文件。

        inode：实际上是一个结构体，记录了文件的不同信息；并且一个inode对应一个文件，多个inode组成一个inode表。可通过命令“ls -i”查看inode号。

3.2 磁盘分区

        磁盘分为数据区和inode区，数据区用于存储文件中的数据；inode区用于存放inode表。

        快速格式化：仅删除了u盘的inode区，但是没有删除数据区，因此可以找回数据。

3.3 文件状态

        文件打开过程：首先系统根据文件名找对文件对应的inode编号；然后通过该编号去inode表里边寻找对应的inode结构体；最后根据结构体里边记录的信息，确定文件的数据所在的扇区，最后读出数据。

        文件打开状态：调用open函数去打开文件的时候，内核会申请一段内存（一段缓冲区），并且将静态文件的数 据内容从磁盘这些存储设备中读取到内存中进行管理、缓存（也把内存中的这份文件数据叫做动态文件、内 核缓冲区）。打开文件后，以后对这个文件的读写操作，都是针对内存中这一份动态文件进行相关的操作， 而并不是针对磁盘中存放的静态文件。 当我们对动态文件进行读写操作后，此时内存中的动态文件和磁盘设备中的静态文件就不同步了，数据 的同步工作由内核完成，内核会在之后将内存这份动态文件更新（同步）到磁盘设备中。

        进程控制块（PCB）：是一个结构体用于记录进程的状态信息、运行特征等。

        文件描述符表、文件表及inode之间的关系：如下图所示：

PCB中有一个指针指向文件描述符表，该表中的每个元素对应一个文件表；文件表中存在inode指针指向inode用于读取文件数据。

3.4 perror函数

        该函数用于查看详细的报错信息。比如当调用open函数打开某文件时，如果失败的话回返回-1，但是并不知道错误的详细原因；因此采用这个函数即可了解，其用法如下所示：

如果失败，会打印 “open error：加具体原因” 。

3.5 exit、_exit、_Exit函数

        这三个函数都用于结束进程，类似于return；。调用_exit()函数会 清除其使用的内存空间，并销毁其在内核中的各种数据结构，关闭进程的所有文件描述符，并结束进程、将 控制权交给操作系统。_exit()和_Exit()两者等价。

        exit()函数_exit()函数都是用来终止进程的，exit()是一个标准C库函数，而_exit()和_Exit()是系统调用。 执行exit()会执行一些清理工作，最后调用_exit()函数。一般用exit()。

用法如下：

3.6 空洞文件

        比如说现在一个文件a大小是4K；然后我调用了lseek函数将读写位置偏印到文件头部6k个字节处写数据，那么此时0-4k处有数据，6k处之后有数据，但是4k-6k处没有数据。该区域就成为文件空洞区域，该文件也被称为空洞文件。

        空洞文件逻辑大小和物理大小：ls命令查看到空洞文件的大小是8K，使用ls命令查看到的大小是文件的逻辑大小，自然是包括了 空洞部分大小和真实数据部分大小；当使用du命令查看空洞文件时，其大小显示为4K，du命令查看到的 大小是文件实际占用存储块的大小。

3.7 O_APPEND和O_TRUNC标志

        O_APPEND标志是，调用open函数打开文件， 当每次使用write()函数对文件进行写操作时，都会自动把文件当前位置偏移量移动到文件末尾，从文件末 尾开始写入数据，也就是意味着每次写入数据都是从文件末尾开始。用法为fd=open("./src_file",O_APPEND);

        O_TRUNC标志是：如果使用了这个标志，调用open函数打开文件的时候会将文件 原本的内容全部丢弃，文件大小变为0。

3.8 多次打开同一文件

        一个进程内多次open打开同一个文件，那么会得到多个不同的文件描述符fd，同理在关闭文件的 时候也需要调用close依次关闭各个文件描述符。

        一个进程内多次open打开同一个文件，在内存中并不会存在多份动态文件。此处动态文件指的是调用open函数时会将磁盘上的数据读到一个缓存区，这个区域的文件数据就叫动态文件。

        同一个文件被多次打开，会得到多个不同的文件描述符，也就意味着会有多个不同的文件表，而文件读 写偏移量信息就记录在文件表数据结构中，所以从这里可以推测不同的文件描述符所对应的读写偏移量是 相互独立的，并没有关联在一起，并且文件表中i-node指针指向的都是同一个inode。