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用戶態和內核態

程序代碼的依賴和調用關系如下圖所示：

• Lib：標準ASCI C函數，幾乎所有的平臺都支持該庫函數，因此依賴該庫的程序可移植性好；
• System Function：系統調用函數，與系統內核進行交互，不同平臺具備不同的函數接口，因此可移植性較差

區分用戶態和內核態主要是由于系統資源的有限性，不能無限制的隨意分配給用戶使用，必須由系統進行統一管理

• User mode：不能直接對系統資源進行訪問，如果要操作系統資源，必須轉化為內核態
• Kernel mode：管理系統資源，可直接對系統資源進行控制和訪問

內核為用戶提供了統一的API供其使用，不同的系統的API接口不同，為了便于代碼的移植，出臺了POSIX標準，類Unix系統（Unix、Linux、BSD、SunOS等）均支持該標準。

文件流與文件描述符

• 問題：
  由上圖我們可看到，每執行一次系統調用，都要涉及到CPU狀態的切換，即從用戶態切換到內核態，即從用戶空間切換到內核空間，實現上下文切換的過程，會消耗相當一部分的CPU資源，因此頻繁的磁盤訪問對程序的執行效率將造成很大影響。

• 解決方案：
  為了解決以上的難題，采用了緩沖區的概念，當對磁盤文件進行操作時，可一次性從磁盤文件中讀出大量的數據暫放到緩沖區中，以后對這部分數據的訪問就不需要再進行系統調用了；當對文件行操作后，可將處理后的數據暫存到輸出緩沖區，待文件緩沖區滿后，一次性寫入到磁盤。

以上，數據的輸入輸出就像是水在流動一樣，因此我們采用了流的概念。

• 文件流?：
  簡單來說就是建立在面向對象基礎上的一種抽象的處理數據的工具。在流中，定義了一些處理數據的基本操作，如讀取數據，寫入數據等，程序員是對流進行所有操作的，而不用關心流的另一頭數據的真正流向；
  文件流用結構體表示：struct FILE.
  FILE的結構體又是怎么樣的呢？我們可以進行查找一下：

  [niesh@niesh ~]$ vim /usr/include/stdio.h

我們看到了?stdio.h的文件中有一行：

__BEGIN_NAMESPACE_STD/* The opaque type of streams. This is the definition used elsewhere. */typedef struct _IO_FILE FILE; __END_NAMESPACE_STD

顯然，FILE?是?_IO_FILE的類型替換，那么我們找一下?_IO_FILE在哪里呢？

[niesh@niesh ~]$ grep -rn "\<_IO_FILE\>" /usr/include/ /usr/include/c++/4.8.2/streambuf:178: * This is based on _IO_FILE, just reordered to be more consistent, /usr/include/libio.h:145:struct _IO_jump_t; struct _IO_FILE; /usr/include/libio.h:163: struct _IO_FILE *_sbuf; /usr/include/libio.h:246:struct _IO_FILE { //此處正解 /usr/include/libio.h:267: struct _IO_FILE *_chain; /usr/include/libio.h:291: struct _IO_FILE _file; /usr/include/libio.h:299: struct _IO_FILE *_freeres_list; /usr/include/libio.h:316:typedef struct _IO_FILE _IO_FILE; /usr/include/libio.h:325:#define _IO_stdin ((_IO_FILE*)(&_IO_2_1_stdin_)) /usr/include/libio.h:326:#define _IO_stdout ((_IO_FILE*)(&_IO_2_1_stdout_)) /usr/include/libio.h:327:#define _IO_stderr ((_IO_FILE*)(&_IO_2_1_stderr_)) /usr/include/libio.h:329:extern _IO_FILE *_IO_stdin attribute_hidden; /usr/include/libio.h:330:extern _IO_FILE *_IO_stdout attribute_hidden; /usr/include/libio.h:331:extern _IO_FILE *_IO_stderr attribute_hidden; /usr/include/libio.h:391:extern int __underflow (_IO_FILE *); /usr/include/libio.h:392:extern int __uflow (_IO_FILE *); /usr/include/libio.h:393:extern int __overflow (_IO_FILE *, int); /usr/include/libio.h:395:extern _IO_wint_t __wunderflow (_IO_FILE *); /usr/include/libio.h:396:extern _IO_wint_t __wuflow (_IO_FILE *); /usr/include/libio.h:397:extern _IO_wint_t __woverflow (_IO_FILE *, _IO_wint_t); /usr/include/libio.h:435:extern int _IO_getc (_IO_FILE *__fp); /usr/include/libio.h:436:extern int _IO_putc (int __c, _IO_FILE *__fp); /usr/include/libio.h:437:extern int _IO_feof (_IO_FILE *__fp) __THROW; /usr/include/libio.h:438:extern int _IO_ferror (_IO_FILE *__fp) __THROW; /usr/include/libio.h:440:extern int _IO_peekc_locked (_IO_FILE *__fp); /usr/include/libio.h:446:extern void _IO_flockfile (_IO_FILE *) __THROW; /usr/include/libio.h:447:extern void _IO_funlockfile (_IO_FILE *) __THROW; /usr/include/libio.h:448:extern int _IO_ftrylockfile (_IO_FILE *) __THROW; /usr/include/libio.h:465:extern int _IO_vfscanf (_IO_FILE * __restrict, const char * __restrict, /usr/include/libio.h:467:extern int _IO_vfprintf (_IO_FILE *__restrict, const char *__restrict, /usr/include/libio.h:469:extern _IO_ssize_t _IO_padn (_IO_FILE *, int, _IO_ssize_t); /usr/include/libio.h:470:extern _IO_size_t _IO_sgetn (_IO_FILE *, void *, _IO_size_t); /usr/include/libio.h:

轉載于:https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/10773372.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的用户态与内核态 文件流与文件描述符 简介【转】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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