Linux 系统文件 IO 涉及应用程序通过标准库调用系统接口访问硬件。核心函数包括 open、close、write 和 read。open 函数用于打开或创建文件，其标志位 flags 利用比特位组合实现多种模式控制，如读写、创建、追加等。文件权限受 mode 参数及 umask 掩码影响。close 用于关闭文件描述符。write 和 read 分别负责向文件写入数据和从文件读取数据。文件描述符 fd 是进程内指针数组的下标，默认从 3 开始分配。
简单来说：
C/C++程序（标准库）→ 调用 →系统调用→ 调用 →操作系统→ 调用 →硬件驱动→ 操作 →硬件。
应用程序 (App) ↓ C/C++ 标准库 (Libc) ↓ 系统调用接口 (Syscall) ↓ 操作系统内核 (Kernel) ↓ 硬件驱动程序 (Driver) ↓ 硬件 (Hardware)
系统接口中使用 open 函数打开文件，open 函数的函数原型如下：
int open(const char* pathname, int flags, mode_t mode);
open 函数的第一个参数是 pathname，表示要打开或创建的目标文件。
open 函数的第二个参数是 flags，表明打开文件的方式。
我们要告诉操作系统：'我要读写模式打开'、'如果文件不存在就创建'、'每次写都追加到末尾'。
isReadWrite, isCreate, isAppend）。如果有 10 种操作模式，难道要写 10 个参数吗？显然不是。Linux 大神们只用了一个 int 类型（32 位）就搞定了。这背后的核心魔法，就是比特位传递标志位。
我们可以把一个 int 类型的变量，想象成一个拥有 32 个独立开关 的控制面板。
通过操作这些开关，我们就能用这一个整数，同时传递 32 个'是/否'的指令。
<<）操作系统需要先定义好，哪个开关代表什么意思。这就是 <fcntl.h> 头文件中那些宏定义的由来。
为了保证每个开关互不干扰，我们使用 1 << n（1 左移 n 位）的方式来定义：
O_RDWR(读写)：定义在第 1 位 → 1 << 1 → 二进制 000...0010O_CREAT(创建)：定义在第 6 位 → 1 << 6 → 二进制 000...1000000O_APPEND(追加)：定义在第 10 位 → 1 << 10 → 二进制 000...10000000000为什么要这么做？
因为左移操作保证了每一个宏对应的二进制数中，只有某一位是 1，其他位全是 0。这就像给每个开关贴上了唯一的标签，按下 O_CREAT 绝对不会误触 O_RDWR。
|）当我们在代码中调用 open 时，我们需要告诉系统：'我要同时按下 读写 和 创建 这两个开关'。
这时候我们使用 按位或 | 运算符。它的规则是：只要有一个是 1，结果就是 1。
场景模拟：
我们要传递 O_RDWR | O_CREAT：
O_RDWR: 000...0000 0010
O_CREAT: 000...0100 0000
--------------------------------
结果： 000...0100 0010
看！结果整数中，第 1 位和第 6 位都变成了 1。我们成功地把两个指令'打包'进了一个整数里，传给了内核。
&）open 函数的内核源码收到这个整数后，怎么知道你按下了哪些开关呢？
它使用 按位与 & 运算符。它的规则是：两个都是 1，结果才是 1。
内核逻辑模拟：
传入的整数 & O_CREAT
传入的整数 & O_APPEND
通过这种方式，内核就能精准地解析出我们想要的所有操作模式。
这种设计模式不仅存在于
open函数，在socket、fcntl等系统调用中无处不在。掌握了'比特位传递标志位'，你就掌握了阅读 Linux 源码的一把金钥匙。
| 参数选项 | 含义 | 对应数值（1<<n） | 二进制（简化） |
|---|---|---|---|
| O_RDONLY | 以只读的方式打开文件 | 0 | 00000000 |
| O_WRONLY | 以只写的方式打开文件 | 1（1<<0） | 00000001 |
| O_APPEND | 以追加的方式打开文件 | 1024（1<<10） | 10000000000 |
| O_RDWR | 以读写的方式打开文件 | 2（1<<1） | 00000010 |
| O_CREAT | 当目标文件不存在时，创建文件 | 64（1<<6） | 01000000 |
mode参数仅在使用O_CREAT标志创建文件时生效，用于指定文件的默认权限；若无需创建文件，该参数可省略。
当将 mode 设置为 0666 时，期望创建的文件权限为：
rw-）rw-）rw-）-rw-rw-rw-文件实际创建的权限并非直接等于 mode，而是受系统 umask （默认掩码）约束，计算公式为：
实际权限 = mode & (~umask)
默认场景示例：
umask 为 0002（二进制：000 000 010）mode = 0666（二进制：110 110 110）0666 & (~0002) = 0664-rw-rw-r--（所有者/组可读可写，其他用户仅可读）若希望文件权限完全按 mode 设置，不受 umask 干扰，可在调用 open 前通过 umask 函数将掩码置 0：
umask(0); // 将文件默认掩码设置为 0，后续创建文件权限完全遵循 mode
int fd = open("test.txt", O_CREAT | O_RDWR, 0666); // 实际权限为 0666
mode 的值需以 0 开头（八进制），如 0666 而非 666（十进制）；mode = 0777，若 umask = 0022，实际权限仍为 0755；O_CREAT），open 无需传入第三个参数。open 函数的返回值是新打开文件的文件描述符。
我们可以尝试一次打开多个文件，然后分别打印它们的文件描述符。
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
umask(0);
int fd1 = open("log1.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);
int fd2 = open("log2.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);
int fd3 = open("log3.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);
int fd4 = open("log4.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);
int fd5 = open("log5.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);
printf("fd1:%d\n", fd1);
printf("fd2:%d\n", fd2);
printf("fd3:%d\n", fd3);
printf("fd4:%d\n", fd4);
printf("fd5:%d\n", fd5);
return 0;
}
运行程序后可以看到，打开文件的文件描述符是从 3 开始连续且递增的。
我们再尝试打开一个根本不存在的文件，也就是 open 函数打开文件失败。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
printf("%d\n", fd);
return 0;
}
运行程序后可以看到，打开文件失败时获取到的文件描述符是 -1。
原函数如下：
int close(int fd);
使用 close 函数时传入需要关闭文件的文件描述符即可，若关闭文件成功则返回 0，若关闭文件失败则返回 -1。
原函数如下：
ssize_t write(int fd, const void* buf, size_t count);
系统接口中使用 write 函数向文件写入信息。
我们可以使用 write 函数，将 buf 位置开始向后 count 字节的数据写入文件描述符为 fd 的文件当中。
实例测试：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
int fd = open("ceshi.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
if (fd < 0)
{
perror("open");
return 1;
}
const char* message = "hello linux!\n";
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
write(fd, message, strlen(message));
}
close(fd);
return 0;
}
系统接口中使用 read 函数从文件读取信息，read 函数的函数原型如下：
ssize_t read(int fd, void* buf, size_t count);
我们可以使用 read 函数，从文件描述符为 fd 的文件读取 count 字节的数据到 buf 位置当中。
实例测试：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
int fd = open("ceshi.txt", O_RDONLY);
if (fd < 0)
{
perror("open");
return 1;
}
char ch;
while (1)
{
ssize_t s = read(fd, &ch, 1);
if (s <= 0)
{
break;
}
write(1, &ch, 1); // 向文件描述符为 1 的文件写入数据，即向显示器写入数据
}
close(fd);
return 0;
}
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