Linux 系统错误处理简介

在 C/C++ 程序开发中，我们经常需要处理各种错误情况
Linux 系统提供了一套完善的错误处理机制，通过全局变量 errno 和相关的库函数，我们可以方便地定位和处理错误

1. errno：错误代码的载体

errno 是一个整型的全局变量，定义在 <errno.h> 头文件中。当一个函数调用发生错误时，通常会将相应的错误代码存储在 errno 中。通过检查 errno 的值，我们可以判断函数调用是否成功以及失败的原因。

需要注意的是：

• 并非所有库函数在调用失败时都会设置 errno 的值。只有属于系统调用的函数才会设置 errno。可以通过 man 手册来确认某个函数是否会设置 errno。
• errno 不能作为判断库函数调用是否失败的唯一标志。正确的做法是先检查函数的返回值，只有当返回值表明函数调用失败时，才需要关注 errno 的值。
• errno 的值只有在库函数调用发生错误时才会被设置，当库函数调用成功时，errno 的值不会被修改，也不会主动置为 0。

2. strerror()：错误信息的翻译官

strerror() 函数定义在 <string.h> 头文件中，用于将错误代码转换为相应的错误信息字符串。

char *strerror(int errnum);            // 非线程安全
int strerror_r(int errnum, char *buf, size_t buflen);    // 线程安全

其中，errnum 是错误代码，strerror() 返回一个指向错误信息字符串的指针。strerror_r() 是 strerror() 的线程安全版本，它将错误信息存储在用户提供的缓冲区 buf 中。

3. perror()：便捷的错误信息输出

perror() 函数定义在 <stdio.h> 头文件中，用于在控制台输出最近一次系统错误的详细信息。

void perror(const char *s);

perror() 接受一个字符串 s 作为参数，它会将 s 和最近一次系统错误的描述信息一起输出到标准错误流（stderr）。在实际开发中，由于服务程序通常在后台运行，通过控制台显示错误信息意义不大。perror() 主要用于调试程序。

4. 系统调用与库函数的区别

在讨论 errno 的适用范围时，我们提到了“系统调用”的概念。理解系统调用与库函数的区别对于理解 Linux 系统错误处理至关重要。

系统调用是操作系统内核提供给用户程序的一组接口，用于访问操作系统提供的各种服务，例如文件 I/O、进程管理、内存管理等。系统调用直接与内核交互，运行在内核态。

库函数是程序员为了方便开发而封装的一系列函数，它们通常是对系统调用的封装或组合，也可能不涉及系统调用。库函数运行在用户态。

以下是系统调用与库函数的一些主要区别：

特性	系统调用	库函数
定义	操作系统内核提供的接口	程序员封装的函数
运行空间	内核态	用户态
可移植性	不同操作系统之间通常不同	遵循标准（如 ANSI C）则可移植性较好
性能	开销较大（需要用户态和内核态切换）	开销较小
功能	提供最基本、最底层的操作系统服务	提供更高级、更方便的功能
与 errno	通常会设置 errno	并非都会设置 errno

举例来说，open()、read()、write() 等是系统调用，而 fopen()、fread()、fwrite() 等是库函数。fopen() 等库函数底层会调用相应的系统调用来完成文件操作。

5. 错误处理的最佳实践

在实际开发中，我们应该遵循以下几点：

• 始终检查函数的返回值，判断函数调用是否成功。
• 只有当返回值表明函数调用失败时，才需要关注 errno 的值。
• 使用 strerror() 或 perror() 获取详细的错误信息，方便定位问题。
• 根据不同的错误类型采取相应的处理措施，例如重试、记录日志、退出程序等。
• 在多线程环境下，应使用 strerror_r() 等线程安全的函数。