本文主要是介绍Linux文件操作，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

文件描述符

每个运行中的程序被称为进程，它有一些与之关联的文件描述符，这些是一些小值整数，可以通过它们访问打开的文件或设备。当一个程序开始运行，它一般会有三个已打开的文件描述符：0：标准输入、1：标准输出、2：标准错误

Linux下文件描述符的限制有两个方面：一是用户级限制，二是系统级限制，它们限制了进程能打开文件的数量。

命令：sysctl -a | grep fs.file-max 可以查看当前的系统级限制能够打开的最大文件数。修改：通过 sysctl -w fs.file-max=文件数 命令修改。但是使用sysctl命令修改是临时性的，如果要永久的改变，局需要在 /etc/sysctl.conf 中添加 fs.file-max=文件数 退出后并保存，使用sysctl -p命令使其生效。

内核为了不让某一个进程消耗掉所有的文件资源，会对单个进程打开文件数做默认处理，这就称为用户级限制。命令：ulimit -n 可以查看当前用户级限制下进程能打开的文件最大的个数。修改：ulimit -SHn 文件数 可以修改用户级限制。

文件描述符和文件指针：文件指针指向进程用户区中的一个被称为FILE的数据结构。FILE结构包含一个缓冲区和一个文件描述符。而文件描述符是文件描述符表的一个索引，因此从某些意义上来说，文件指针就是文件描述符的句柄。

子进程将复制父亲进程的数据段，BSS段，代码段，堆空间，栈空间和文件描述符。而对于文件技术符关联内核文件表项（即STRUCT FILE结构），则是采取了共享的方式。（共享文件偏移量）。

系统调用和库函数的区别

1. 系统调用是最底层的应用，是面向硬件的，而库函数是面向开发的，相当于应用程序的API接口。
2. 各个操作系统的系统调用是不同的，因此系统调用没有操作系统的可移植性，而库函数移植性良好。
3. 库函数属于过程调用，调用开销小，系统调用需要用户空间和内核上下文环境切换，开销较大。
4. 库函数调用函数库的一段程序，这段程序最终通过系统调用来实现，系统调用调用的是系统内核的服务。

库函数对文件的操作都是通过系统调用来实现的

库函数也存在系统调用，为什么不直接使用系统调用？

这是因为，文件的读写操作通常是大量的数据(大量是底层实现而言)，这时，使用库函数可以大大减少系统调用的次数。这一结果源于缓冲区技术，在内核空间和用户空间，对文件操作都使用了缓冲区，例如用fwrite()写文件，都是先将内容写到用户空间缓冲区，当用户空间缓冲去写满或者写操作结束时，才将用户缓冲区的内容写到内核缓冲区，同样的道理，当内核缓冲区写满或者写结束时才将内核缓冲区的内容写到文件对应的硬件媒介上。

系统调用的执行过程

1. 硬件接收到中断信号，立刻保存现场，并查找中断向量表，将CPU控制权转交给系统调用总入口程序。
2. 对于系统调用总入口程序，也要先保存现场，将参数保存在内核的堆栈中。然后查找系统调用表，将CPU控制权转交给对应的系统调用处理程序或者是内核函数。
3. 执行系统调用处理程序
4. 恢复现场，返回用户程序。

用户态和内核态

处于用户态的程序只能访问用户空间，而处于内核态的程序可以访问用户空间和内核空间。那么用户态和内核态有什么区别呢？

当一个任务（进程）执行系统调用而陷入内核代码中执行时，我们就称进程处于内核运行态（或简称为内核态）。此时处理器处于特权级最高的（0级）内核代码中执行。当进程处于内核态时，执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。当进程在执行用户自己的代码时，则称其处于用户运行态（用户态）。即此时处理器在特权级最低的（3级）用户代码中运行。

用户态切换到内核态的3种方式：

1. 系统调用，系统调用的机制其核心还是使用了操作系统为用户特别开放的一个中断来实现。
2. 异常，如果发生了事先不可知的异常，当前运行进程会切换到处理此异常的内核相关程序中，也就转到了内核态，如缺页异常。
3. 外围设备的中断。

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