Linux 基础 IO（输入 / 输出）是操作系统与外部设备、文件进行数据交互的核心机制，其底层围绕文件描述符展开，遵循 “一切皆文件” 的设计理念。以下是基础 IO 的核心概念与操作梳理：
一、 核心概念
一切皆文件Linux 中，普通文件、目录、硬件设备（如键盘、显示器）、管道等都被抽象为文件，统一使用文件 IO 接口操作，简化了程序与不同设备的交互逻辑。
文件描述符（File Descriptor, FD）
- 是内核分配给进程的非负整数，用于标识进程打开的文件，是进程访问文件的 “句柄”。
- 进程启动时默认打开 3 个文件描述符：
0：标准输入（stdin），对应键盘等输入设备1：标准输出（stdout），对应显示器等输出设备2：标准错误（stderr），对应显示器等错误输出设备
- 新打开的文件会分配当前最小的可用文件描述符。
文件指针与 inode
- 文件指针：内核维护的文件偏移量，记录当前读写位置，读写操作后会自动移动。
- inode：存储文件的元数据（大小、权限、存储位置等），文件名仅用于映射到 inode，实际操作通过 inode 完成。
二、 基础 IO 操作（系统调用）
Linux 基础 IO 主要依赖系统调用函数，区别于 C 语言标准库的 IO 函数（如fopen/fread），系统调用直接与内核交互，更贴近底层。
1. 文件打开与关闭
打开文件：
open()函数原型：c
运行
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int open(const char *pathname, int flags); int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);pathname：文件路径（绝对 / 相对）flags：打开方式，常用取值：O_RDONLY：只读O_WRONLY：只写O_RDWR：读写O_CREAT：文件不存在则创建，需搭配mode指定权限O_TRUNC：文件存在则清空内容
mode：创建文件时的权限（如0644），需与umask结合计算最终权限- 返回值：成功返回文件描述符，失败返回
-1并设置errno。
关闭文件：
close()函数原型：c
运行
#include <unistd.h> int close(int fd);fd：要关闭的文件描述符- 返回值：成功返回
0，失败返回-1。 - 注意：进程退出时会自动关闭所有打开的文件描述符，但显式关闭是良好编程习惯。
2. 文件读写
读文件：
read()函数原型：c
运行
#include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);fd：文件描述符buf：存储读取数据的缓冲区count：期望读取的字节数- 返回值：成功返回实际读取的字节数；到达文件末尾返回
0；失败返回-1。
写文件：
write()函数原型：c
运行
#include <unistd.h> ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);- 参数含义与
read()类似，buf为要写入的数据缓冲区 - 返回值：成功返回实际写入的字节数；失败返回
-1。
- 参数含义与
3. 文件偏移量调整：lseek()
用于修改当前读写位置（文件指针），函数原型：
c
运行
#include <sys/types.h> #include <unistd.h> off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);offset：偏移量（可正可负）whence：偏移基准：SEEK_SET：从文件开头开始偏移SEEK_CUR：从当前位置开始偏移SEEK_END：从文件末尾开始偏移
- 返回值：成功返回新的偏移量；失败返回
-1。 - 示例：将读写位置移到文件开头：
lseek(fd, 0, SEEK_SET);
三、 标准库 IO 与系统调用 IO 的关系
C 语言标准库的 IO 函数（fopen/fread/fwrite）是对系统调用的封装，核心区别：
| 特性 | 系统调用 IO（open/read） | 标准库 IO（fopen/fread） |
|---|---|---|
| 操作对象 | 文件描述符（int） | 文件指针（FILE*） |
| 缓冲区 | 无（直接读写内核缓冲区） | 有用户态缓冲区（减少系统调用次数） |
| 适用场景 | 底层开发、精准控制 | 普通应用开发、效率优先 |
四、 常见 IO 错误处理
- 系统调用失败时会设置全局变量
errno，可通过perror()或strerror()打印错误信息：c
运行
#include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> // 方式1：perror 直接打印错误描述 if (open("test.txt", O_RDONLY) == -1) { perror("open error"); } // 方式2：strerror 获取错误描述字符串 if (open("test.txt", O_RDONLY) == -1) { printf("open error: %s\n", strerror(errno)); }
