Linux 第二十四章

ᰔᩚ. 一怀明月ꦿ2024-05-10 15:12

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❤️‍🔥专栏系列： 线性代数，C初学者入门训练，题解C，C的使用文章，「初学」C++，linux

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目录

fd的分配规则

重定向

dup2

命令行中的重定向

isspace

[重定向的使用：就是<, >, >>等](#重定向的使用：就是<, >, >>等)

那为什么要有2:标准错误

缓冲区

样例

理解样例（2中的样例）

什么叫作刷新

用户缓冲区和内核缓冲区

fd的分配规则

进程默认已经打开了0，1，2，我们可以直接使用0，1，2进行数据访问

cpp 复制代码 
[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ cat myfile.c
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>


#define FILE_NAME "log.txt"
int main()
{
        char buf[1024];
        ssize_t s=read(0,buf,1024);
        //ssize_t有符号整型
        //read的返回值是实际读取的字节数，1024是我们设置最大读取的字节数，buf接收数据的缓冲区
        //从fd所指向的文件中读取数据放到buf中
        if(s>0)
        {
                buf[s]=0;//将中实际读取的最后一个字符尾加上0
                //printf("%s\n",buf);
                write(1,buf,strlen(buf));//将读取的buf的数据，输出到fd（1）指向的文件，1指向的就是标准输出流，屏幕
        }
        return 0;
}

文件描述符的分配规则：寻找最小的，没有被使用的数据位置，分配给指定的打开文件

cpp 复制代码 
[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ cat myfile.c
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>

#define FILE_NAME "log.txt"
int main()
{
        close(0);//关闭fd==0的文件，标准输入流被关闭（键盘）

        int fd=open(FILE_NAME,O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC,0666);
        if(fd<0)
        {
                perror("open");
                return 1;
        }

        printf("%s :fd:%d\n",FILE_NAME，fd);//输出被创建的FILE_NAME "log.txt"的文件描述符

        close(fd);
        return 0;
}

[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ ./myfile
log.txt :fd:0//此时创建的文件的文件描述符为0

[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ cat myfile.c
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>

#define FILE_NAME "log.txt"
int main()
{
        close(2);//关闭fd==2的文件，标准错误流流被关闭（屏幕）

        int fd=open(FILE_NAME,O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC,0666);
        if(fd<0)
        {
                perror("open");
                return 1;
        }

        printf("%s :fd:%d\n",FILE_NAME，fd);//输出被创建的FILE_NAME "log.txt"的文件描述符

        close(fd);
        return 0;
}

[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ ./myfile
log.txt :fd:2//此时创建的文件的文件描述符为2



[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ cat myfile.c
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>


#define FILE_NAME "log.txt"
int main()
{
        close(1);//关闭fd==1的文件，标准输出流被关闭（屏幕）


        int fd=open(FILE_NAME,O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC,0666);
        if(fd<0)
        {
                perror("open");
                return 1;
        }


        printf("%s :fd:%d\n",FILE_NAME，fd);//输出被创建的FILE_NAME "log.txt"的文件描述符


        close(fd);
        return 0;
}

//什么也没有输出：因为把fd==1的文件关闭了，把标准输出流（屏幕关闭了），所以不输出到屏幕上
[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ ./myfile
[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$

重定向

重定向的本质，就是修改fd指向的文件

dup2

在Linux中，dup2是一个系统调用函数，用于复制文件描述符。它的原型定义在头文件<unistd.h>中。dup2函数的作用是将一个文件描述符复制到另一个文件描述符上，如果另一个文件描述符已经被使用，那么先关闭它。

函数原型如下：

cpp 复制代码 
int dup2(int oldfd, int newfd);
参数说明：
oldfd：要复制的文件描述符。
newfd：要复制到的目标文件描述符。

返回值：
如果成功，返回新的文件描述符（即newfd）；如果失败，返回-1，并设置errno。
这个函数通常用于重新定向标准输入、标准输出和标准错误流，以及实现管道和重定向等功能。

例如，下面的代码将标准输出重定向到文件output.txt中：

cpp 复制代码 
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main() {
    int fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }
    // 将标准输出重定向到文件描述符fd所指向的文件
    if (dup2(fd, STDOUT_FILENO) == -1) {
        perror("dup2");
        return 1;
    }
    // 关闭不再需要的文件描述符
    close(fd);
    // 此时标准输出已经重定向到output.txt文件
    printf("This will be written to output.txt\n");
    return 0;
}

在这个示例中，dup2函数将文件描述符fd复制到标准输出的文件描述符上，从而将标准输出重定向到了output.txt文件中

命令行中的重定向

cpp 复制代码 
[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ echo "hello">log.txt
[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ cat log.txt
hello
[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ echo "hello">>log.txt
[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ cat log.txt
hello
hello
[BCH@hcss-ecs-6176 11_28]$ cat <log.txt
hello
hello

isspace

在Linux中，isspace()是一个用于判断字符是否为空白字符的C标准库函数。它位于<ctype.h>头文件中。isspace()函数接受一个整型参数，该参数可被解释为unsigned char或EOF的值。它检查这个字符是否为空格、水平制表符、换行符、回车符、换页符或垂直制表符。如果是空白字符，isspace()函数返回一个非零值（true），否则返回0（false）。

以下是一个示例程序，演示了isspace()函数的使用：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main() {
    int ch;

    printf("请输入一个字符：");
    ch = getchar();

    if (isspace(ch)) {
        printf("输入的字符是空白字符。\n");
    } else {
        printf("输入的字符不是空白字符。\n");
    }

    return 0;
}

该程序首先提示用户输入一个字符，然后使用getchar()函数获取用户输入的字符。接下来，使用isspace()函数判断该字符是否为空白字符，并打印相应的提示信息。

注意，isspace()函数只能判断单个字符是否为空白字符，而不能判断字符串中的空白字符。如果需要判断整个字符串是否只包含空白字符，可以自行编写相应的逻辑。

重定向的使用：就是<, >, >>等

那为什么要有2:标准错误

cpp 复制代码 
[BCH@hcss-ecs-6176 testfile]$ cat myfile.c
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main()
{
        fprintf(stdout,"hello stdout\n");
        fprintf(stderr,"hello stderr\n");
        return 0;
}

[BCH@hcss-ecs-6176 testfile]$ ./myfile
hello stdout
hello stderr
都是打在屏幕上

但是为什么重定向的时候，会出现如下结果呢
[BCH@hcss-ecs-6176 testfile]$ ./myfile > log.txt
hello stderr
[BCH@hcss-ecs-6176 testfile]$ cat log.txt
hello stdout

原因：因为重定向的时候，只是重定向了fd==1，而fd==2并没有，所以屏幕上还是会显示hello stderr，log.txt里含有hello stdout

那为什么要有2呢？

cpp 复制代码 
[BCH@hcss-ecs-6176 testfile]$ ./myfile >log.txt
hello stderr
[BCH@hcss-ecs-6176 testfile]$ ./myfile 1>log.txt
hello stderr
这两种写法是一样的，只是一个是省略的写法
cpp 复制代码 
[BCH@hcss-ecs-6176 testfile]$ ./myfile 1>log.txt 2>log.txt.error
[BCH@hcss-ecs-6176 testfile]$ ls
log.txt  log.txt.error  Makefile  myfile  myfile.c

就是我们在写程序的时候，有时需要显示常规信息，例如printf输出的，有时需要显示错误信息
所以我们可以通过重定向把常规信息输出到一个文件，错误信息输出到另一个文件（方便我们统一排查，例如，日志）

linux实现自己的bash

缓冲区

预备知识

我们理解缓冲区：就是一部分内存（由提供的？？）

为什么要缓冲区？

缓冲区的主要作用是提高效率------提高使用者的效率

缓冲区因为能够暂存数据，必定要有一定的刷新方式：

1.无缓冲（立即刷新）

2.行缓冲（行刷新）

3.全缓冲（缓冲区满了，再刷新）

特殊情况：

1.强制刷新

2.进程退出的时候，一般要进行刷新缓冲区

一般对于显示器文件，行刷新（行缓冲）

对于磁盘上的文件，全缓冲（缓冲写满，再刷新）

样例

cpp 复制代码 
[BCH@hcss-ecs-6176 12_5]$ cat myfile.c
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
        fprintf(stdout,"C:hello fprintf\n");
        printf("C:hello printf\n");
        fputs("C:hello fputs\n",stdout);
        
        char * str="system call: hello write\n";
        write(1,str,strlen(str));

        fork();//注意fork的位置
        //如果fork在最前面，我们都能理解，因为子进程和父进程会同时执行
        //但是，fork在最后面，父进程已经运行完了，怎还能将代码打印两次呢？

        return 0;
}

[BCH@hcss-ecs-6176 12_5]$ ./myfile
C:hello fprintf
C:hello printf
C:hello fputs
system call: hello write
[BCH@hcss-ecs-6176 12_5]$ ./myfile > log.txt
[BCH@hcss-ecs-6176 12_5]$ cat log.txt
system call: hello write
C:hello fprintf
C:hello printf
C:hello fputs
C:hello fprintf
C:hello printf
C:hello fputs
//c语言的接口的打印了两次，系统调用接口的打印了一次

理解样例（2中的样例）

1.当我们直接向显示器打印的时候，显示器文件的刷新方式是行刷新！而且你的代码输出的所有字符串，都有\n，fork之前，数据全部已经被刷新，包括sysstemcall

2.重定向到log.txt，本质是向磁盘文件中写入，我们系统对于数据的刷新方式已经由行刷新，变成了全缓冲！

3.全缓冲意味着缓冲区变大，实际写入的简单数据，不足以把缓冲区写满，fork执行的时候，数据区依就在就缓冲区中！

4.我们所谈的"缓冲区"和操作系统是没有关系的（printf/fprintf/fputs------底层都是封装的write）,只能和C语言本身有关

5.C/C++提供的缓冲区，里面一定保存的是用户的数据，属不属于当前进程在运行时自己数据呢？属于

如果我们（进程）把数据交给了OS，这个数据就属于OS，不属于OS，不属于我自己的

6.当进程退出的时候，一般要进行刷新缓冲区，即便你的数据没有满足刷新条件！

这个过程，属于清空或写入操作

fork立马退出，任意一个进程退出的时候，刷新缓冲区，就要发生写时拷贝

write系统调用，没有使用C的缓冲区！！！

write直接写入到操作系统！不属于进程了！不发生写时拷贝了

什么叫作刷新


这个缓冲区在哪里

任何情况下，我们输入输出的时候，都要有一个FILE

FILE是一个结构体，FILE里面包含了fd，FILE提供一段缓冲区

例如输入缓冲区

例如输出缓冲区

每一个文件（linux所说的文件）都有一个缓冲区

用户缓冲区和内核缓冲区

我们日常使用的最的是C/C++提供的语言级别的缓冲区

我们模拟实现一下C标准库的函数------只做代码说明

注意：
在c语言头文件中，函数声明不用加extern，后面加分号结尾就行

但是变量一定要加extern，因为无法分清这个变量是声明还是定义

cpp 复制代码 
mystdio.h
[BCH@hcss-ecs-6176 c_lib]$ cat mystdio.h
#pragma once//防止头文件重复包含


#define SIZE 4096
#define FLUSH_NONE 1
#define FLUSH_LINE (1<<1)
#define FLUSH_ALL (1<<2)


typedef struct myFILE
{
        int fileno;
        int flag;
        char buffer[SIZE];
        int end;
}myFILE;


extern  myFILE* my_fopen(const char* path,const char* mode);
extern  int my_fputs(const char* s,myFILE* stream);
extern  int my_fwrite(const char* s,int num,myFILE* stream);
extern  int my_fflush(myFILE* stream);
extern  int my_fclose(myFILE* stream);

mystdio.c
[BCH@hcss-ecs-6176 c_lib]$ cat mystdio.c
#include"mystdio.h"
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>


#define DFL_MODE 0666


myFILE* my_fopen(const char* path,const char* mode)
{
        int fd=0;
        int flag=0;
        if(strcmp(mode,"r")==0)
        {
                flag |= O_RDONLY;
        }
        else if(strcmp(mode,"w")==0)
        {
                flag |=(O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY);
        }
        else if(strcmp(mode,"a"))
        {
                flag |=(O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND);
        }
        else
        {


        }


        if(flag & O_CREAT)
        {
                fd=open(path,flag,DFL_MODE);
        }
        else
        {
                fd=open(path,flag);
        }
        if(fd<0)
        {
                errno=2;
                return NULL;
        }
        myFILE* fp=(myFILE*)malloc(sizeof(myFILE));
        if(fp==NULL)
        {
                errno=3;
                return NULL;
        }
        fp->fileno=fd;
        fp->end=0;
        fp->flag=FLUSH_LINE;
        return fp;
}
int my_fwrite(const char* s,int num,myFILE* stream)
{
        //写入过程
        memcpy(stream->buffer+stream->end,s,num);
        stream->end+=num;
        //判断是否需要刷新
        if((stream->flag& FLUSH_LINE)&&stream->end>0&&stream->buffer[stream->end-1]=='\n')
        {
                //"abc\ndt";这种情况处理
                
                my_fflush(stream);
        }
        return num;
}
int my_fflush(myFILE* stream)
{


        if(stream->end>0)
        {
                write(stream->fileno,stream->buffer,stream->end);
                stream->end=0;
        }
        return 0;
}
int my_fclose(myFILE* stream)
{
        my_fflush(stream);
        return close(stream->fileno);
}

main.c
[BCH@hcss-ecs-6176 c_lib]$ cat main.c
#include"mystdio.h"
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
        myFILE* fp=my_fopen("./log.txt","w");
        if(fp==NULL)
        {
                perror("my_fopen");
                return 1;
        }
        int cnt=20;
        const char* msg="haha,this is my stdio lib\n";
        while(cnt--)
        {
                my_fwrite(msg,strlen(msg),fp);
                sleep(1);
        }




        my_fclose(fp);
        return 0;
}

Makefile
[BCH@hcss-ecs-6176 c_lib]$ cat Makefile
mytest:mystdio.c main.c
        gcc -o $@ $^
.PHONY:clean
clean:
        rm -f mytest

make
[BCH@hcss-ecs-6176 c_lib]$ make
gcc -o mytest mystdio.c main.c
[BCH@hcss-ecs-6176 c_lib]$ ./mytest
[BCH@hcss-ecs-6176 c_lib]$ ls
log.txt  main.c  Makefile  mystdio.c  mystdio.h  mytest
[BCH@hcss-ecs-6176 c_lib]$ cat log.txt
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib
haha,this is my stdio lib

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