转自：https://www.cnblogs.com/Jimmy1988/p/7479856.html
用户态和内核态
程序代码的依赖和调用关系如下图所示：
- Lib：标准ASCI C函数，几乎所有的平台都支持该库函数，因此依赖该库的程序可移植性好；
- System Function：系统调用函数，与系统内核进行交互，不同平台具备不同的函数接口，因此可移植性较差
区分用户态和内核态主要是由于系统资源的有限性，不能无限制的随意分配给用户使用，必须由系统进行统一管理
- User mode：不能直接对系统资源进行访问，如果要操作系统资源，必须转化为内核态
- Kernel mode：管理系统资源，可直接对系统资源进行控制和访问
内核为用户提供了统一的API供其使用，不同的系统的API接口不同，为了便于代码的移植，出台了POSIX标准，类Unix系统（Unix、Linux、BSD、SunOS等）均支持该标准。
文件流与文件描述符
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问题：
由上图我们可看到，每执行一次系统调用，都要涉及到CPU状态的切换，即从用户态切换到内核态，即从用户空间切换到内核空间，实现上下文切换的过程，会消耗相当一部分的CPU资源，因此频繁的磁盘访问对程序的执行效率将造成很大影响。 -
解决方案：
为了解决以上的难题，采用了缓冲区的概念，当对磁盘文件进行操作时，可一次性从磁盘文件中读出大量的数据暂放到缓冲区中，以后对这部分数据的访问就不需要再进行系统调用了；当对文件行操作后，可将处理后的数据暂存到输出缓冲区，待文件缓冲区满后，一次性写入到磁盘。
以上，数据的输入输出就像是水在流动一样，因此我们采用了流的概念。
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文件流 ：
简单来说就是建立在面向对象基础上的一种抽象的处理数据的工具。在流中，定义了一些处理数据的基本操作，如读取数据，写入数据等，程序员是对流进行所有操作的，而不用关心流的另一头数据的真正流向；
文件流用结构体表示：struct FILE.
FILE的结构体又是怎么样的呢？我们可以进行查找一下：[niesh@niesh ~]$ vim /usr/include/stdio.h
我们看到了 stdio.h的文件中有一行：
__BEGIN_NAMESPACE_STD/* The opaque type of streams. This is the definition used elsewhere. */typedef struct _IO_FILE FILE; __END_NAMESPACE_STD显然，FILE 是 _IO_FILE的类型替换，那么我们找一下 _IO_FILE在哪里呢？
[niesh@niesh ~]$ grep -rn "\<_IO_FILE\>" /usr/include/
/usr/include/c++/4.8.2/streambuf:178: * This is based on _IO_FILE, just reordered to be more consistent, /usr/include/libio.h:145:struct _IO_jump_t; struct _IO_FILE; /usr/include/libio.h:163: struct _IO_FILE *_sbuf; /usr/include/libio.h:246:struct _IO_FILE { //此处正解 /usr/include/libio.h:267: struct _IO_FILE *_chain; /usr/include/libio.h:291: struct _IO_FILE _file; /usr/include/libio.h:299: struct _IO_FILE *_freeres_list; /usr/include/libio.h:316:typedef struct _IO_FILE _IO_FILE; /usr/include/libio.h:325:#define _IO_stdin ((_IO_FILE*)(&_IO_2_1_stdin_)) /usr/include/libio.h:326:#define _IO_stdout ((_IO_FILE*)(&_IO_2_1_stdout_)) /usr/include/libio.h:327:#define _IO_stderr ((_IO_FILE*)(&_IO_2_1_stderr_)) /usr/include/libio.h:329:extern _IO_FILE *_IO_stdin attribute_hidden; /usr/include/libio.h:330:extern _IO_FILE *_IO_stdout attribute_hidden; /usr/include/libio.h:331:extern _IO_FILE *_IO_stderr attribute_hidden; /usr/include/libio.h:391:extern int __underflow (_IO_FILE *); /usr/include/libio.h:392:extern int __uflow (_IO_FILE *); /usr/include/libio.h:393:extern int __overflow (_IO_FILE *, int); /usr/include/libio.h:395:extern _IO_wint_t __wunderflow (_IO_FILE *); /usr/include/libio.h:396:extern _IO_wint_t __wuflow (_IO_FILE *); /usr/include/libio.h:397:extern _IO_wint_t __woverflow (_IO_FILE *, _IO_wint_t); /usr/include/libio.h:435:extern int _IO_getc (_IO_FILE *__fp); /usr/include/libio.h:436:extern int _IO_putc (int __c, _IO_FILE *__fp); /usr/include/libio.h:437:extern int _IO_feof (_IO_FILE *__fp) __THROW; /usr/include/libio.h:438:extern int _IO_ferror (_IO_FILE *__fp) __THROW; /usr/include/libio.h:440:extern int _IO_peekc_locked (_IO_FILE *__fp); /usr/include/libio.h:446:extern void _IO_flockfile (_IO_FILE *) __THROW; /usr/include/libio.h:447:extern void _IO_funlockfile (_IO_FILE *) __THROW; /usr/include/libio.h:448:extern int _IO_ftrylockfile (_IO_FILE *) __THROW; /usr/include/libio.h:465:extern int _IO_vfscanf (_IO_FILE * __restrict, const char * __restrict, /usr/include/libio.h:467:extern int _IO_vfprintf (_IO_FILE *__restrict, const char *__restrict, /usr/include/libio.h:469:extern _IO_ssize_t _IO_padn (_IO_FILE *, int, _IO_ssize_t); /usr/include/libio.h:470:extern _IO_size_t _IO_sgetn (_IO_FILE *, void *, _IO_size_t); /usr/include/libio