C++ Linux系統調用詳解

在Linux系統中，C++程序可以通過系統調用（syscalls）與操作系統內核進行交互。系統調用是用戶空間程序請求內核服務的一種機制。它們提供了一系列基本功能，如文件操作、進程控制、通信等。

以下是一些常用的Linux系統調用及其在C++中的使用方法：

1. 文件操作

• open(): 打開一個文件。

  #include <fcntl.h>
  int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
  if (fd == -1) {
      perror("open");
  }
  

• read(): 從文件描述符讀取數據。

  char buffer[1024];
  ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
  if (bytesRead == -1) {
      perror("read");
  }
  

• write(): 向文件描述符寫入數據。

  const char* data = "Hello, World!";
  ssize_t bytesWritten = write(fd, data, strlen(data));
  if (bytesWritten == -1) {
      perror("write");
  }
  

• close(): 關閉文件描述符。

  close(fd);
  

2. 進程控制

• fork(): 創建一個新進程。

  pid_t pid = fork();
  if (pid == -1) {
      perror("fork");
  } else if (pid == 0) {
      // 子進程
      execl("/bin/ls", "ls", NULL);
      perror("execl");
      exit(1);
  } else {
      // 父進程
      wait(NULL);
  }
  

• exec()系列: 執行一個新的程序。

  execl("/bin/ls", "ls", NULL);
  perror("execl");
  exit(1);
  

• wait(): 等待子進程結束。

  pid_t pid = fork();
  if (pid == -1) {
      perror("fork");
  } else if (pid == 0) {
      // 子進程
      execl("/bin/ls", "ls", NULL);
      perror("execl");
      exit(1);
  } else {
      // 父進程
      int status;
      waitpid(pid, &status, 0);
  }
  

3. 信號處理

• signal(): 設置信號處理函數。

  #include <csignal>
  void handler(int signum) {
      std::cout << "Received signal " << signum << std::endl;
  }
  
  int main() {
      signal(SIGINT, handler);
      while (true) {
          // 主循環
      }
      return 0;
  }
  

4. 網絡編程

• socket(): 創建一個套接字。

  #include <sys/socket.h>
  int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if (sockfd == -1) {
      perror("socket");
  }
  

• bind(): 綁定套接字到地址。

  struct sockaddr_in serv_addr;
  memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
  serv_addr.sin_family = AF_INET;
  serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
  serv_addr.sin_port = htons(8080);
  
  if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) {
      perror("bind");
  }
  

• listen(): 監聽連接。

  if (listen(sockfd, 5) == -1) {
      perror("listen");
  }
  

• accept(): 接受連接。

  struct sockaddr_in cli_addr;
  socklen_t clilen = sizeof(cli_addr);
  int newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cli_addr, &clilen);
  if (newsockfd == -1) {
      perror("accept");
  }
  

• connect(): 連接到服務器。

  struct sockaddr_in serv_addr;
  memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
  serv_addr.sin_family = AF_INET;
  serv_addr.sin_port = htons(8080);
  inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr);
  
  if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) {
      perror("connect");
  }
  

5. 內存管理

• mmap(): 映射文件或設備到內存。

  void* addr = mmap(NULL, length, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, offset);
  if (addr == MAP_FAILED) {
      perror("mmap");
  }
  

• munmap(): 解除內存映射。

  if (munmap(addr, length) == -1) {
      perror("munmap");
  }
  

注意事項

1. 錯誤處理: 系統調用通常返回-1表示錯誤，并設置errno變量。使用perror()函數可以打印錯誤信息。
2. 資源管理: 確保在使用完文件描述符、套接字等資源后及時關閉或釋放。
3. 安全性: 系統調用涉及內核級別的操作，務必小心處理輸入輸出，避免安全漏洞。

通過這些系統調用，C++程序可以在Linux系統上實現各種復雜的功能。