Linux System Calls - File System

请解释以下系统调用的详细含义。

open, close, read, write, lseek, link, mount

1 - open

open系统调用可以打开一个文件，其函数原型为：

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

其中，pathname表示要打开文件的路径，flags表示访问模式，mode表示文件权限掩码，只能在文件创建时生效（i.e. flags==O_CREAT），返回值是一个文件描述符（file descriptor）。

其中，flags必须包含访问模式，包括：

• 只读模式：O_RDONLY
• 只写模式：O_WRONLY
• 读写模式：O_RDWR

除此之外的flags可以通过按位或的方式同时启用，包括：

• O_APPEND：增加模式：文件偏移量置于文件末尾；
• O_CREAT：创建模式：当pathname不存在，生成文件；
• O_TRUNC：截断模式：当文件可写，则抛弃原来内容。

例如，我们需要创建一个只写模式的文件1.txt，权限为rwxrwxrwx，可使用：

int fd = open("1.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0777);

2 - close

close系统调用可以关闭一个文件，其函数原型为：

int close(int fd);

其中，fd表示要关闭的文件描述符（如open系统调用的返回值）。 返回值为0时，表示关闭成功，为-1时，表示系统错误， 且同时errno会被设置用于指示错误类型信息。

3 - read

read系统调用可以从一个文件描述符读数据，其函数原型为：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

其中，fd表示要读取的文件描述符（同上），buf是指向读取存放空间的首地址， count是要读取字节数。成功读取时，返回读取的字节数*，反之返回-1，表示系统错误。

*需注意，返回值可能会小于count值，该情况发生在读内容不足，遇到文件尾（End of File, EOF）时。

4 - write

write系统调用可以向一个文件描述符写数据，其函数原型为：

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

其中，fd表示要写入的文件描述符（同上），buf是指向存放空间的首地址， count是要写入字节数。成功读取时，返回写入的字节数*，反之返回-1，表示系统错误。

*同样，需注意返回值可能会小于count值，该情况发生在写空间不足时（空间有限，或设置了写入上限RLIMIT_FSIZE，或被信号中断）。

5 - lseek

lseek系统调用可以重定向读写文件的偏移量，其函数原型为：

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

其中，fd表示要操作的文件描述符，offset表示偏移量，whence表示开始处标志（从何处开始）。当操作成功，返回结果偏移量，反之返回-1表示错误。

其中whence可取值为：

• SEEK_SET：文件偏移量设置为offset字节；
• SEEK_CUR：文件偏移量设置为当前偏移量加上offset字节；
• SEEK_END：文件偏移量设置为文件大小加上offset字节*。

不难看出此处偏移量可以大于文件大小。当大于时，若继续调用write，则文件中会出现一段空隙，该空隙会被填充为\0。

6 - link

link系统调用可以创建一个文件的硬链接，其函数原型为：

int link(const char *oldpath, const char *newpath);

其中，oldpath表示被链接文件路径，newpath表示链接文件路径。 返回值为0则表示创建成功，为-1时表示创建失败。

另需注意，当newpath非空时，不会覆盖原有链接，并且返回-1。

7 - mount

mount系统调用挂载一个文件系统，其函数原型为：

int mount(const char *source, const char *target, const char *filesystemtype, unsigned long mountflags, const void *data);

其中：

• source表示被挂载的文件系统（硬件设备、文件目录等等）；
• target表示挂载路径；
• filesystemtype表示被挂载的文件系统类型（btrfs, ext4, jfs等）；
• mountflags表示执行的操作；
• data由不同的文件系统解释，通常是一串以逗号分隔的选项。

其中，mountflags可取：

• MS_REMOUNT：对已有的挂载重挂载；
• MS_BIND：创建绑定挂载；
• MS_SHARED, MS_PRIVATE, MS_SLAVE, MS_UNBINDABLE：用于修改已有挂载的访问属性（propagation type）；
• MS_MOVE：将一个现有的挂载移动到另一处；
• 为空时，创建新挂载。

Reference: Linux Man Pages