在 Linux 系统中，文件操作主要分为两种：系统 IO 和 标准 IO。这两种 IO 方式各有特点，适用于不同的场景。

一、系统IO

系统 IO 是指操作系统提供给用户程序调用的一组“特殊”接口，通过这些接口，用户程序可以获得操作系统内核提供的服务。例如，用户程序可以通过进程控制相关的系统调用来创建进程、实现进程调度和进程管理等。

在 Linux 中，为了更好地保护内核空间，将程序的运行空间分为内核空间和用户空间。内核空间和用户空间分别运行在不同的级别上，在逻辑上是相互隔离的。因此，用户进程通常情况下不允许访问内核数据，也无法直接使用内核函数，它们只能在用户空间操作用户数据，调用用户空间的函数。

然而，在某些情况下，用户空间的进程需要获得系统服务（如调用内核空间的程序），这时操作系统必须利用系统提供的“特殊接口”——系统调用，来规定用户进程进入内核空间的具体位置。进行系统调用时，程序运行空间需要从用户空间切换到内核空间，处理完后再返回到用户空间。

Linux 系统调用部分非常精简，大约有 250 个左右，继承了 UNIX 系统调用中最基本和最有用的部分。这些系统调用按照功能逻辑大致可分为以下几类：

• 进程控制：如创建进程、终止进程等。
• 进程间通信：如管道、消息队列、信号量等。
• 文件系统控制：如打开文件、读写文件、关闭文件等。
• 系统控制：如设置系统时间、获取系统信息等。
• 存储管理：如内存分配、内存释放等。
• 网络管理：如网络接口配置、路由管理等。
• socket 控制：如创建 socket、绑定 socket 等。
• 用户管理：如用户认证、用户权限管理等。

系统 IO 没有缓冲机制，它操作的对象是文件描述符。文件描述符是 Unix 系统调用中的一个重要概念。

二、标准IO

标准 IO 是标准库的 I/O 函数，它是对系统调用 IO 进一步封装的结果。标准 IO 具有缓冲机制，这使得 I/O 操作更加高效和灵活。标准 IO 是在标准 C 库中实现的，操作的对象是文件流。

标准 IO 的缓冲机制可以减少实际的系统调用次数，从而提高 I/O 性能。例如，当向文件写入数据时，标准 IO 会先将数据写入缓冲区，当缓冲区满或者遇到特定的刷新操作时，才会将数据写入文件。同样，当从文件读取数据时，标准 IO 会先将数据读入缓冲区，然后从缓冲区中读取数据。

标准 IO 提供了许多方便的函数，如 fopen、fclose、fread、fwrite 等，这些函数封装了底层的系统调用，使得程序员可以更方便地进行文件操作。

三、用户编程接口(API)

在实际编程中，程序员通常使用用户编程接口（API）来进行文件操作。API 是通过软中断机制向内核提交请求，以获取内核服务的接口。然而，并不是所有的 API 函数都一一对应一个系统调用。有时，一个 API 函数需要调用多个系统调用来完成其功能，甚至有些 API 函数不需要调用系统调用。

在 Linux 中，用户编程接口（API）遵循了在 UNIX 中最流行的应用编程界面标准——POSIX 标准。POSIX 标准定义了一组与操作系统交互的接口，使得程序具有更好的可移植性。

四、文件与文件描述符

在 Linux 中，对目录和设备的操作都等同于文件的操作。Linux 中的文件主要分为以下四种：

• 普通文件：包括文本文件和二进制文件。
• 目录文件：用于组织和管理文件。
• 链接文件：指向其他文件的快捷方式。
• 设备文件：用于访问硬件设备。

引用特定的文件是通过文件描述符来实现的。文件描述符是一个非负整数，它是一个索引值，指向内核中每个进程打开文件的记录表。当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核会向进程返回一个文件描述符。当需要读写文件时，需要将文件描述符作为参数传递给相应的函数。

通常，一个进程启动时，都会打开 3 个文件：标准输入、标准输出和标准错误处理。这 3 个文件分别对应文件描述符为 0、1 和 2，也就是宏替换 STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO 和 STDERR_FILENO。

五、总结

系统 IO 和标准 IO 是 Linux 文件操作的两种主要方式。系统 IO 是直接调用操作系统提供的接口，没有缓冲机制，操作对象是文件描述符。标准 IO 是对系统 IO 的进一步封装，具有缓冲机制，操作对象是文件流。在实际编程中，程序员通常使用用户编程接口（API）来进行文件操作，这些 API 遵循 POSIX 标准，具有良好的可移植性。

通过了解系统 IO 和标准 IO 的区别和特点，程序员可以根据实际需求选择合适的文件操作方式，从而提高程序的性能和可维护性。