linux-系统函数

Linux 系统函数详解

Linux 系统函数是用户程序与内核交互的底层接口，通过系统调用（syscall）实现。以下是核心分类及典型函数：

1. 文件操作函数

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#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); // 打开文件
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);          // 读取文件
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);  // 写入文件
int close(int fd);                                     // 关闭文件

示例：复制文件内容

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int src = open("a.txt", O_RDONLY);
int dst = open("b.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
char buf[1024];
ssize_t bytes = read(src, buf, sizeof(buf));
write(dst, buf, bytes);
close(src); close(dst);

2. 进程控制函数

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#include <unistd.h>
pid_t fork(void);                   // 创建子进程
int execve(const char *pathname, char *const argv[], char *const envp[]); // 执行程序
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); // 等待进程结束

进程创建流程 ：

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pid_t pid = fork();
if (pid == 0) { 
    execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);  // 子进程执行命令
} else {
    waitpid(pid, NULL, 0);  // 父进程等待
}

3. 进程间通信（IPC）

管道：

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int pipe(int pipefd[2]);  // 创建管道
// pipefd[0]读端, pipefd[1]写端

共享内存 ：

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void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

4. 内存管理函数

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void *malloc(size_t size);     // 动态内存分配
void free(void *ptr);          // 释放内存
int brk(void *addr);           // 调整堆内存边界
void *sbrk(intptr_t increment);

5. 信号处理函数

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#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);          // 发送信号
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); // 注册信号处理器

常用信号 ：
- SIGINT (Ctrl+C)
- SIGKILL (强制终止)
- SIGSEGV (段错误)

6. 网络通信函数

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#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);  // 创建套接字
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); // 绑定地址
int listen(int sockfd, int backlog);             // 监听连接
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); // 接受连接

7. 系统信息函数

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#include <unistd.h>
long sysconf(int name);  // 获取系统配置值
// 示例：获取页大小
long page_size = sysconf(_SC_PAGESIZE);

关键特性

直接内核交互

系统调用通过软中断（如 int 0x80 或 syscall 指令）触发内核模式切换。

错误处理

失败时返回 -1 并设置 errno：

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if (open("file", O_RDONLY) == -1) {
    perror("open failed");  // 输出"open failed: No such file or directory"
}

性能影响

上下文切换开销较高，需避免频繁调用（如批量读写替代单字节操作）。

开发建议

使用 man 2 <函数名> 查看手册（如 man 2 open）
优先使用标准库封装（如 fopen 替代 open）以提升可移植性
多线程环境下需注意函数可重入性（如用 _r 后缀的线程安全版本）

通过 strace 命令可追踪进程的系统调用：
bash 复制代码
strace -e trace=open,read ./my_program

完整函数列表详见 Linux 内核文档或 syscalls(2) 手册页。