[Linux][基础IO][一][系统文件IO][文件描述符fd]详细解读

目录

• 0.预备知识
• 1.系统文件I/O
• • 1.open
  • 2.write/read/close/lseek
• 2.文件描述符fd
• • [1.[0 & 1 & 2]](#1.[0 & 1 & 2])
  • 2.什么是文件描述符？
  • 3.文件描述符的分配规则
  • 4.重定向
  • [5.使用dup2系统调用 -- 完成重定向](#5.使用dup2系统调用 -- 完成重定向)
  • 6.FILE

0.预备知识

• 什么叫做文件呢？
  • 站在系统的角度，能够被input读取，或者能够output写出的设备就叫做文件
  • 狭义文件：普通的磁盘文件
  • 广义文件：显示器，键盘，网卡，声卡，显卡，磁盘，几乎所有的外设，都可以称之为文件
• 什么是当前路径 ？
  • 当一个进程运行起来的时候，每个进程都会记录自己当前所处的工作路径
• C/C++默认会打开三个输入输出流，分别是stdin，stdout，stderr
• 如何给函数传递标志位？
  • 用int中的不重复的一个bit位，来标识一种状态

#define ONE 0x1   //0000 0001
#define TWO 0x2   //0000 0010
#define THREE 0x4 //0000 0100

void show(int flags)
{
   if(flags & ONE) printf("hello one\n");
   if(flags & TWO) printf("hello two\n");
   if(flags & THREE) printf("hello three\n");
}
	
int main()
{
   show(ONE);
   show(TWO);
   show(ONE | TWO); //000 0001 | 0000 0010 = 0000 0011
   show(ONE | TWO | THREE);
   show(ONE | THREE);
   return 0;
}

---

1.系统文件I/O

1.open

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

• pathname：要打开或创建的目标文件
• flags ：打开文件时，可以传入多个参数选项，用下面的一个或者多个常量进行"或"运算，构成flags

O_RDONLY	只读打开
O_WRONLY	只写打开
O_RDWR	读写打开
O_CREAT	若文件不存在，则创建它，需要使用mode选项，来指明新文件的访问权限
O_APPEND	追加写

• 返回值 ：
  • 成功：新打开的文件描述符
  • 失败：-1
• open函数具体使用哪个，和具体应用场景相关
  • 如目标文件不存在，需要open创建，则第三个参数表示创建文件的默认权限
  • 否则，使用两个参数的open

2.write/read/close/lseek

• 具体使用与open类似，直接man查询
• 功能类比C文件相关接口即可
• C语言库中的f#系列的函数，都是对系统调用的封装

---

2.文件描述符fd

1.[0 & 1 & 2]

• Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符，分别是标准输入0， 标准输出1， 标准错误2
  • 0，1，2对应的物理设备一般是：键盘，显示器，显示器

2.什么是文件描述符？

• 文件描述符就是从0开始的整数
• 当打开文件时，操作系统在内存中要创建相应的数据结构来描述目标文件
  • 于是就有了file结构体，表示一个已经打开的文件对象
• 而进程执行open系统调用，所以必须让进程和文件关联起来
  • 每个进程都有一个指针files ，指向一张表files_struct，该表最重要的部分就是包涵一个指针数组，每个元素都是一个指向打开文件的指针
• 本质上，文件描述符就是该数组的下标
  • 只要拿到文件描述符，就可以找到对应的文件

3.文件描述符的分配规则

• 在files_struct数组当中，找到当前没有被使用的最小的一个下标，作为新的文件描述符

4.重定向

int main()
{
    close(1);
    int fd = open("myfile", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open");
        return 1;
    }
    printf("fd: %d\n", fd);
    fflush(stdout);

    close(fd);
    exit(0);
}

• 本来应该输出到显示器上的内容，输出到了文件myfile当中
  • fd＝1 --> 这种现象叫做输出重定向
  • 常见的重定向有：>，>>，<
• 重定向的本质：在OS内部，更改fd对应内容的指向
  

5.使用dup2系统调用 -- 完成重定向

• 把oldfd内容拷贝到newfd --> 最后要和谁一样？ --> oldfd
  • 这里拷贝的是file_struct中fd下标对应的file的地址
• 例子
• printf是C库当中的IO函数，一般往stdout中输出，但是stdout底层访问文件的时候，找的还是fd:1
  • 但此时，fd:1下标所表示内容，已经变成了myfile的地址，不再是显示器文件的地址
  • 所以，输出的任何消息都会往文件中写入，进而完成输出重定向

int main()
{
    int fd = open("./log", O_CREAT | O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open");
        return 1;
    }

    close(1);
    dup2(fd, 1);

    for (;;)
    {
        char buf[1024] = {0};
        ssize_t read_size = read(0, buf, sizeof(buf) - 1);
        if (read_size < 0)
        {
            perror("read");
            break;
        }
        printf("%s", buf);
        fflush(stdout);
    }

    return 0;
}

6.FILE

• 因为IO相关函数与系统调用接口对应，并且库函数封装系统调用
  • 所以本质上，访问文件都是通过fd访问的 --> struct File中封装了fd

---