Системные вызовы из C, errno и файловый ввод-вывод

⏱ 30 мин · 🧩 заданий: 5

Системный вызов и библиотечная функция

Системный вызов — обращение программы к ядру: процессор переключается в привилегированный режим, и выполняется код ядра. Библиотечная функция — обычный код в пространстве пользователя (в libc), который может вызвать системный вызов, а может и нет.

программа: printf("x=%d\n", x); strlen(s) │ │ libc: форматирование в буфер просто цикл │ (буфер полон / \n) по байтам, ▼ без ядра write(1, buf, n) ── обёртка: номер вызова в rax, │ аргументы в регистрах, инструкция syscall ───────────────── │ ─────────────── граница режимов ─────────────── ядро: sys_write → VFS → драйвер терминала

Посмотреть системные вызовы программы: strace ./prog.

Обработка ошибок

Соглашение POSIX: при ошибке вызов возвращает -1 (или NULL, или MAP_FAILED), а причину кладёт в глобальную (точнее, своя у каждого потока) переменную errno.

#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

pid_t pid = fork();
if (pid == -1) {
    perror("fork");                          /* "fork: Resource temporarily unavailable" */
    fprintf(stderr, "%s\n", strerror(errno));
    if (errno == EAGAIN) { /* слишком много процессов */ }
}

Частые коды: ENOENT (нет файла), EACCES (нет прав), EAGAIN (временно недоступно), EINTR (вызов прерван сигналом), ENOMEM, EXDEV (операция между разными файловыми системами — вспомним в уроке про жёсткие ссылки).

Файловый ввод-вывод низкого уровня

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int fd = open("out.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
if (fd == -1) { perror("open"); exit(1); }

const char msg[] = "hello\n";
ssize_t n = write(fd, msg, sizeof(msg) - 1);   /* может записать меньше, чем просили! */

close(fd);

Вызов	Назначение
`open(path, flags, mode)`	открыть файл, вернуть файловый дескриптор (маленькое целое)
`read(fd, buf, n)`	прочитать до n байт; 0 — конец файла
`write(fd, buf, n)`	записать до n байт
`lseek(fd, off, whence)`	переместить позицию
`close(fd)`	закрыть
`dup2(old, new)`	сделать `new` копией `old` (перенаправления)

Флаги open: O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR, O_CREAT, O_TRUNC, O_APPEND, O_EXCL.

Буферизация stdio

printf, fputs, fwrite не вызывают write сразу — они копят данные в буфере внутри процесса:

Куда выводит stdout	Режим буфера	Когда сбрасывается
терминал	построчный	на `\n`
файл или канал	полный	когда буфер (обычно 4–8 КиБ) заполнен
stderr	без буфера	сразу

Буфер сбрасывается также при fflush(stdout) и при нормальном завершении через exit() или return из main.

Буфер и fork

fork копирует всю память процесса, включая неотправленный буфер stdio. Если перед fork в буфере что-то лежало, оба процесса это выведут. Поэтому перед fork делают fflush(stdout), а в потомке при аварийном выходе вызывают _exit.

exit и _exit

exit(0);    /* libc: обработчики atexit → сброс буферов stdio → системный вызов _exit */
_exit(0);   /* сразу системный вызов: ядро закрывает дескрипторы, освобождает память */

В задаче 8 потомки выходят через exit(0), а при ошибках используется _exit(1). Потомки ничего не печатают через stdio, поэтому дублирования вывода там нет.

Итог

Системный вызов переключает процессор в режим ядра; функции libc — обычный код, часто обёртки над вызовами.
Ошибка: результат −1 и код в errno; perror печатает понятный текст.
open/read/write/close работают с файловыми дескрипторами; write может записать меньше.
stdio буферизует вывод; буфер копируется при fork; exit сбрасывает буферы, _exit — нет.

Войдите, чтобы отмечать пройденные уроки.