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10.6.2　Linux的文件系统调用

许多系统调用与文件和文件系统有关。在本节中，首先研究对单个文件进行操作的系统调用，之后我们会研究针对目录和文件系统的系统调用。要创建一个文件时，可以使用creat系统调用。（曾经有人问Ken Thompson，如果给他一次重新发明UNIX的机会，他会做什么不同事情，他回答说他要把这个系统调用的拼写改成create，而不是现在的creat。）这个系统调用的参数是文件名和保护模式。于是

fd=creat("abc",mode);

创建了一个名为abc的文件，并根据mode设置文件的保护位。这些保护位决定了用户访问文件的权限及方式。在下文将会具体讨论。

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creat系统调用不仅创建了一个新文件，还以写的方式打开了这个文件。为了使以后的系统调用能够访问这个文件，creat成功时返回一个非负整数，这个非负整数叫做文件描述符，也就是例子中的fd。如果creat作用在一个已经存在的文件上，那么该文件的文件长度会被截短为0，它的内容会被丢弃。通过设置合适的参数，open系统调用也能创建文件。

现在我们继续讨论图10-27列出的主要的文件系统调用。为了读或写一个已经存在的文件，必须使用open系统调用打开这个文件。它的参数是要打开文件的文件名以及打开方式：只读、只写或两者。此外，也可以指定不同的选项。和creat一样，open返回一个文件描述符，可用来进行读写。然后可以使用close系统调用来关闭文件，它使得文件描述符可以被后来的creat或open使用。creat和open系统调用总是返回未被使用的最小数值的文件描述符。

当一个程序以标准方式运行时，文件描述符0、1、2已经分别用于标准输入、标准输出和标准错误。通过这种方式，一个过滤器，比如sort程序，可以从文件描述符0读取输入，输出到文件描述符1，而不需要关心这些文件是什么。这种机制能够有效是因为shell在程序启动之前就设置好了它们的值。

毫无疑问，最常使用的文件系统调用是read和write。它们每个都有三个参数：文件描述符（标明要读写的文件）、缓冲区地址（给出数据存放的位置或者读取数据的位置），长度（给出要传输的数据的字节数）。这些就是全部了。这种设计非常简单，一个典型的调用方法是：

n=read(fd,buffer,nbytes);

虽然几乎所有程序都是顺序读写文件的，但是一些程序需要能够从文件的任何位置随机地读写文件。每个文件都有一个指针指向文件当前的读写位置。当顺序地读写文件时，这个指针指向将要读写的字节。如果文件位置指针最初指向4096，在读取了1024个字节后，它会自动地指向第5120个字节。lseek系统调用可以改变位置指针的值，所以之后的read和write可以从文件的任何位置开始读写，甚至是超出文件的结尾。这个系统调用叫做lseek，是为了避免与seek冲突，其中后者以前在16位计算机上用于查找，现在已经不使用了。

lseek有三个参数：第一个是文件描述符，第二个是文件读写位置，第三个表明读写位置是相对于文件开头、当前位置还是文件尾。lseek的返回值是当读写位置改变后的绝对位置。有点讽刺的是，lseek是惟一一个从不会引起实际的磁盘寻道的文件系统调用，因为它所做的只是修改了内存中的一个值（文件读写位置）。

对于每个文件，Linux记录了它的文件类型（普通文件、目录、特殊文件）、大小、最后一次修改时间和其他信息。程序可以使用stat系统调用来查看这些信息，stat的第一个参数是文件名，第二个参数是指向获取的文件信息将要存放的结构的指针，该结构的各个域如图10-28所示。系统调用fstat的作用和stat一样，惟一不同的是，fstat针对一个打开的文件（文件名可能未知）进行操作，而不是一个路径名。

pipe系统调用用来创建一个shell管线。它创建了一种伪文件（pseudo-file），用于缓冲管线通信的数据，并给缓冲区的读写都返回文件描述符。以下面的管线为例：

sort＜in|head-30

在执行sort的进程中，文件描述符1（标准输出）被设置为写入管道，执行head的进程中，文件描述符0（标准输入）被设置为从管道读取。通过这种方式，sort只是从文件描述符0（被设置为文件in）读取，写入到文件描述符1（管道），甚至不会觉察到它们已经被重定向了。如果它们没有被重定向，sort将会自动从键盘读取数据，而后输出到显示器（默认设备）。同样地，当head从文件描述符0中读取数据时，它读取到的是sort写入到管道缓冲区中的数据，head甚至不知道自己使用了管道。这个例子清晰地表明了一个简单的概念（重定向）和一个简单的实现（文件描述符0和1）如何实现一个强大的工具（以任意方式连接程序，而不需要去修改它们）。

图10-27列举的最后一个系统调用是fcntl。fcntl用于加锁和解锁文件，应用共享锁和互斥锁，或者是执行一些文件相关的其他操作。

现在我们开始关注与目录及文件系统整体更加相关，而不是仅和单个文件有关的系统调用，图10-29列举了一些这样的系统调用。可以使用mkdir和rmdir创建和删除目录，但需要注意：只有目录为空时才可以将其删除。

如图10-24所示，创建一个指向已有文件的链接时创建了一个目录项（directory entry）。系统调用link用于创建链接，它的参数是已有文件的文件名和链接的名称，使用unlink可以删除目录项。当文件的最后一个链接被删除时，这个文件会被自动删除。对于一个没有被链接的文件，对其使用unlink也会让它从目录中消失。

使用chdir系统调用可以改变工作目录，工作目录的改变会影响到相对路径名的解释。