unix系统接口（一）

      unix操作系统通过一系列的系统调用提供服务，这些系统调用实际上是操作系统内的函数，可以被用户程序调用。借助系统调用获得最高小效率，或者是访问标准库中没有的功能。

一、文件描述

在unix操作系统中，所有的外围设备都被看做是文件系统中的文件，所有的输入输出都要经过文件读写来完成。就是说，通过一个单一的接口机能处理外围设备和程序之间的所有通信。

通常，在读写文件之前，必须先将这个意图通知系统，这个过程是打开文件。写文件，则可能需要创建该文件，也有可能需要丢弃该文件中原来的内容。系统检测文件是否存在，是否有访问权，如果一切正常，操作系统将向程序返回一个小的非负整数，称为文件描述符。任何时候对文件的输入输出都是通过文件描述符标识文件，而不是文件名。系统负责维护已打开的文件的所有信息，用户只能通过文件描述符引用文件。

大多数的输入和输出时通过键盘和显示器来实现的，为了方便，unix做了特别的安排，当命令解释程序（shell）运行一个程序时，它将打开3个文件，对应的文件描述符是0、1、2，依次代表标准输入标准输出、标准错误。如果程序从文件0中读，对1、2进行写，就可以进行输入输出而不必关心打开文件的问题。

程序的使用者可以通过<和>重新定向程序的I/O:

prog<输入文件名>输出文件名

这种情况下，shell吧文件描述符0和1的默认值改变为指定的文件。通常，文件描述符2与显示器相关联，这样出错的信息就会输出到显示器上。与通道相关的输入输出也有类似的特性。在任何情况下，文件赋值的改变都不是有程序完成，而是shell完成的。只要程序使用文件0作为输入，文件1、2作为输出，它就不会知道程序的输入时从哪里来的，要输出到哪里去。

二、低级I/O-read 和write

输入和输出是通过read 和write 系统调用来完成的。在程序中，可以通过函数read 和write 访问这两个系统调用，在这两个函数中，第一参数是文件描述符，第二参数是程序库中存放读写的数据的字符数组，第三个参数是要传输的字节数。

int n_read =read(int fd,char *buf,int n);

int n_write=write(int fd ,chat *buf ,int n);

每个调用返回实际传输的字节数。在读文件时，函数的返回值可能会小于请求的字节数。如果返回值为0，则表示已经达到了文件的结尾；如果返回值为-1，则发生了某种错误。在写文件时返回值是实际写入的字节数。如果返回值与请求写入的字节数不相等，则说明发生了错误。

在一次调用中，读出和写入的数据的个数任意大小。最常用的值为1，即每次读写一个字节（无缓冲），或是1024或4096这样的与外围设备的物理块大小相应的值。用更大的值调用该函数可以获得更高的效率。原因是调用次数减少了。

现在编写一个简单的程序，将输入复制到输出，实现任意的输入复制到任意的输出，因为输入、输出可以重新定向到任何文件活设备。

#include<syscalls.h>main(){   char buf[BUFSIZ];   int n;   while((n=read(0,buf,BUFSIZ))>0)           write(1,buf,n);   return 0;}

该程序将系统调用的函数原型集中在了一个头文件中，参数BUFSIZ也在syscalls.h中定义，对于所使用的操作系统来说，该值是一个较合适的数值。如果文件大小不是BUFSIZ的倍数，则对read 的某次调用会返回一个较小的数值，write 再按这个字节数写，此后在调用read 将返回0.

使用read 和write 构造类似的getchar,putchar 等高级函数。getchar 函数的一个版本，通过每次从标准输入读取一个字节来实现无缓冲输入。

#include<syscalls.h>int getchar(void){   char c;   return(read (0,&c,1)==1)? (unsigned cahr ) c: EOF;}

其中C必须是一个char 类型的变量，因为read 函数需要一个字符指针类型的参数（&C）。在返回值中将C转化为unsigned char 类型可以消除符号扩展问题。

getchar 的第二个版本，一次读入一组字符，每次输出一个字符。

#include<syscalls.h>int getchar(void){  static char buf[BUFSIZ];  static char *bufp=buf;  static int n=0;    if(n==0)    {     n=read(0,buf,sizeof buf);     bufp=buf;    }   return(--n>=0)?(unsinged char)*bufp++ : EOF；}

如果要在包含头文件的<stdio.h>的情况下编译这个getchar函数，就有必要用#undef 预处理指令取消getchar 的宏定义，因为在该头文件中，getchar 是用宏方式实现的。