#include <unistd.h>

1.介绍

<unistd.h>（UNIX Standard Header）是 POSIX 操作系统 API 的核心头文件之一，主要用于 Unix/Linux 系统编程。它提供了大量与 系统调用（System Calls） 相关的函数，涵盖 文件操作、进程控制、系统信息、终端管理、管道通信 等核心功能。

功能类别	主要函数
文件操作	read(), write(), close(), unlink(), lseek(), fsync()
进程控制	fork(), exec(), getpid(), getppid(), exit(), _exit(), wait()
系统信息	gethostname(), getcwd(), chdir(), sysconf()
时间管理	sleep(), usleep()（已弃用，建议用 nanosleep()）
终端/设备管理	isatty(), ttyname(), tcgetpgrp(), tcsetpgrp()
管道通信	pipe()
用户/权限管理	getuid(), geteuid(), getgid(), getegid(), setuid(), setgid()
符号链接管理	symlink(), readlink()

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2. 核心函数详解

2.1 文件操作（File I/O）

(1) read() - 从文件描述符读取数据

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

• 功能：从文件描述符 fd 读取最多 count 字节到 buf。

• 返回值：

  • 成功：返回实际读取的字节数（可能小于 count）。
  • 失败：返回 -1，并设置 errno。

  #include <unistd.h>
  #include <fcntl.h>
  
  int main() {
      int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
      char buf[100];
      ssize_t bytes_read = read(fd, buf, sizeof(buf));
      if (bytes_read > 0) {
          write(STDOUT_FILENO, buf, bytes_read); // 输出到终端
      }
      close(fd);
      return 0;
  }

(2) write() - 向文件描述符写入数据

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

• 功能：将 buf 中的 count 字节写入 fd。

• 返回值：

  • 成功：返回实际写入的字节数。
  • 失败：返回 -1，并设置 errno。

  #include <unistd.h>
  #include <fcntl.h>
  
  int main() {
      int fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
      const char *msg = "Hello, World!\n";
      write(fd, msg, strlen(msg));
      close(fd);
      return 0;
  }

(3) close() - 关闭文件描述符

int close(int fd);

• 功能：关闭文件描述符 fd，释放系统资源。
• 返回值：
  • 成功：0。
  • 失败：-1（如 fd 无效）。

(4) unlink() - 删除文件

int unlink(const char *pathname);

• 功能：删除文件（类似 rm 命令）。

• 示例：

  unlink("tempfile.txt"); // 删除文件

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2.2 进程控制（Process Control）

(1) fork() - 创建子进程

pid_t fork(void);

• 功能：复制当前进程，创建一个 子进程。

• 返回值：

  • 父进程：返回子进程的 PID（> 0）。
  • 子进程：返回 0。
  • 失败：返回 -1（如内存不足）。

• 示例：

  #include <unistd.h>
  #include <stdio.h>
  
  int main() {
      pid_t pid = fork();
      if (pid == 0) {
          printf("Child Process (PID=%d)\n", getpid());
      } else {
          printf("Parent Process (Child PID=%d)\n", pid);
      }
      return 0;
  }

(2) exec() 系列 - 执行新程序

int execl(const char *path, const char *arg0, ..., NULL);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);

• 功能：替换当前进程映像，运行新程序。

• 示例：

  execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL); // 执行 `ls -l`

(3) exit() vs _exit()

函数	行为
exit()	标准 C 库函数，会调用 atexit() 注册的函数，刷新缓冲区，然后终止进程。
_exit()	直接终止进程，不刷新缓冲区（属于系统调用）。

• 示例：

  #include <stdlib.h>
  #include <unistd.h>
  
  int main() {
      printf("This will be printed\n");
      // exit(0);    // 会刷新缓冲区
      _exit(0);      // 直接终止，可能不打印
  }

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2.3 系统信息（System Information）

(1) getpid() / getppid() - 获取进程 ID

pid_t getpid(void);  // 获取当前进程 PID
pid_t getppid(void); // 获取父进程 PID

(2) gethostname() - 获取主机名

int gethostname(char *name, size_t len);

• 示例：

  char hostname[100];
  gethostname(hostname, sizeof(hostname));
  printf("Hostname: %s\n", hostname);

(3) getcwd() - 获取当前工作目录

char *getcwd(char *buf, size_t size);

• 示例：

  char cwd[1024];
  getcwd(cwd, sizeof(cwd));
  printf("Current dir: %s\n", cwd);

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2.4 时间管理（Time Management）

(1) sleep() - 暂停执行（秒级）

unsigned int sleep(unsigned int seconds);

• 示例：

  sleep(2); // 暂停 2 秒

(2) usleep() - 暂停执行（微秒级，已弃用）

int usleep(useconds_t usec); // 1 秒 = 1,000,000 微秒

• 替代方案：nanosleep()（更精确）。

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3. 高级用法

(1) 管道通信（pipe()）

int pipe(int pipefd[2]);

• 功能：创建匿名管道，pipefd[0] 用于读，pipefd[1] 用于写。

• 示例：

  int fd[2];
  pipe(fd);
  if (fork() == 0) {
      close(fd[0]); // 子进程关闭读端
      write(fd[1], "Hello", 6);
  } else {
      close(fd[1]); // 父进程关闭写端
      char buf[10];
      read(fd[0], buf, sizeof(buf));
      printf("Received: %s\n", buf);
  }

(2) 文件描述符重定向（dup2()）

int dup2(int oldfd, int newfd);

• 功能：复制 oldfd 到 newfd，可用于重定向输入/输出。

• 示例：

  int fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
  dup2(fd, STDOUT_FILENO); // 标准输出重定向到文件
  printf("This goes to output.txt\n");

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4. 注意事项

1. 平台兼容性：

   • <unistd.h> 是 Unix/Linux 特有，Windows 不原生支持（但可通过 MinGW/Cygwin 兼容）。
   • Windows 替代方案：<windows.h> + CreateProcess(), ReadFile(), WriteFile() 等。

2. 错误处理：

   • 大多数函数失败时返回-1，并设置errno，建议检查返回值：

     if (write(fd, buf, len) == -1) {
         perror("write failed");
     }

3. 缓冲区管理：

   • write() 不一定一次性写完所有数据，可能需要循环写入。

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5. 总结

<unistd.h> 是 Unix/Linux 系统编程的核心头文件，提供了：

• 文件 I/O（read, write, close）
• 进程管理（fork, exec, exit）
• 系统信息（getpid, gethostname, getcwd）
• 时间管理（sleep, usleep）
• 管道和重定向（pipe, dup2）

适用于 系统工具开发、Shell 实现、守护进程（Daemon）、多进程编程 等场景。