**前言：**本篇讲解linux下的重定向相关内容。 在本篇中， 博主将会带着友友们一边实验， 一边探索底层原理。 通过本篇的学习， 友友们将会了解到重定向是如何实现的， 重定向的本质是什么， 重定向和进程替换之间的关系等等， 本篇内容将会丰富我们对于进程的理解。
ps:由于本节内容涉及到文件fd，所以本节内容适合了解文件fd的友友们进行观看。
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文件描述符的分配规则
想要知道文件描述符的分配规则， 我们需要使用一个实验来测试出来。 下面我们开始进行这个实验:
在这个实验中， 我们会用到wrrite， open函数， 如下图为man手册:
其中， open函数需要包含头文件sys/types.h、sys/stat.h、fcntl.h
write函数需要包含unistd.h头文件
然后， 我们的代码如下:
需要用到的头文件：
下面是我们的代码:
这个程序运行后， 就是如下结果:
图中打印fd， 然后将hello linux的内容打印到log.txt文件中， 再输出log.txt的内容， 就如同上图
上图的fd打印为3， 我们知道， 0， 1， 2对应的是stdin， stdout， stderr。所以新文件fd就到了3号fd。
接下来， 就开始测试文件描述符的分配规则。
从0号小标开始， 寻找最小的没有使用的数组位置，它的下标就是新文件的文件描述符。
我们从上图可以看出， 文件描述符是3。 而0， 1， 2都被占用了。 我们就可以考虑------对于文件来说， 文件描述符都是从小到大创建的。
那么我们为了验证这个猜想， 就可以消除0号下标的指向。 那么0号就空出来了。 这个时候我们再创建的文件就是被映射在了0号下标处。
下面是测试代码:
然后打印出来的fd如下:
上面的结果就是说， 消除了0号fd位置的指针， 当我们再打开一个文件的时候就可以将这个文件指针放入0号位置。
我们再关闭1号fd进行测试：
然后运行结果:
没有打印出内容的原因是因为1号是显示器文件， 关闭后就不会再向显示器中打印了。
关闭2再测试一下
然后运行结果：
清除2号指针后， 然后打开文件， 2号就会保存新打开的文件指针。 然后打开的fd就变成了2， 打印出来的是2， 同样符合我们的假设。
- 那么现在就可以下结论了------文件描述符对应的分配规则是什么？ 从0下标开始， 寻找最小的没有使用的数组位置， 它的下标就是新文件的文件描述符。
重定向的本质
我们在上面探究文件描述符的分配规则的时候， 知道了1号文件描述符被清空后， 再新打开的文件的文件指针就会保存到1号文件描述符中。 ------这个过程起始就是重定向。
下面重新捋一下这个过程， 对于上面这个过程， 我们的进程本来有一个文件描述符表:
然后我们将1号fd指向显示器的文件的指针收回， 然后创建新文件log.txt， 将log.txt的struct_files的地址放到1号文件的fd处。
我们看下面的具体代码：
上面这个1号fd转化到过程， 也就是上面黄框框的代码段。 对于操作系统来说， 他知不知道fd的指向发生了变化呢？ 答案是不知道！！对于操作系统来说， 他不管fd下面做了什么， 他只认fd。 所以， 如果还向1里面写东西， 那么就是本来向显示器文件里面写东西转化为向log.txt文件里面写东西。 而这个过程就是重定向。
那么我们如果想要向其他文件里面写东西， 是不是就需要将这个文件的指针覆盖到1号fd里面？ ------这就是重定向。重定向只需要将想要重定向到文件的指针覆盖到1号所在的fd里面！！
dup
上面我们讲道理重定向的底层原理。 但是整个代码很长------需要一开始关闭1号fd文件描述符指针， 然后将新打开文件的文件描述符指针放到1号文件中。 实际上， 系统就是提供了一种fd覆盖的接口------dup系列， 下面是man手册：
上面有三个dup系列函数， 常用的是dup2. 下面我们具体查看一下dup2的用法:
第一个参数名为newfd， 对应上面的1号fd， 第二个参数名是oldfd， 对应上面的新打开的文件。 也就是说将oldfd里面的内容拷贝到newfd里面。
dup2的使用------输出重定向
dup2可以直接将数组中的一个fd覆盖到另一个数组fd。 我们dup2的第一个参数是新打开的文件fd， 第二个参数是要拷贝到的fd的位置。
如下为代码：
运行结果如下:
我们也可以把清空写改成追加写:
运行结果如下:
dup2的使用------输入重定向
先创建一个数组进行拷贝拷贝， 然后向显示器中读取， 如果读取， 那么打印读取的内容。
此时是向键盘中读取:
我们使用dup2， 将新打开的文件覆盖到0号fd。 就是输入重定向， 将新打开的文件的数据打印：
如图就是将新打开文件的数据打印到inbuffer。 再将inbuffer的数据打印。 我们在log.txt里面写上aaaaaaaa
下面是打印内容：
自定义shell实现重定向指令
如何自己实现>, >>, < 指令
要自己实现>, >>, <指令， 我们就要拿出我们之前写的自定义shell的代码了。
在代码中， 我们需要先新定义几个宏------NONE代表没有重定向， IN_RDIR代表输入重定向， OUT_RDIR代表输入输出重定向， APPEND_RDIR代表追加重定向。
也要定义两个新的变量------rdirfilename指向重定向文件的首地址， rdir代表重定向的标志。
如下图宏定义:
新创建的变量：
在交互函数里面分析是否有重定向， check_rdir就是重定向判断的函数:下图是check_rdir的实现:
然后我们再在执行普通命令的板块里面创建一个新的代码块。 也就是当id == 0的时候， 判断此时的rdir的状态， 如果是NONE才是exec， 正常加载执行逻辑。 如下是代码:
然后我们还要在每次输入指令的时候都给rdir和rdirfilename做初始化：
运行出结果之后：
文件的重定向和进程替换
现在有一个问题， 就是在重定向的时候， 我们修改了fd。 然后加载了子进程， 为什么这样做是正确的呢？------要解决这个问题， 就要拿起进程的知识了， 如下图：
在上面的图里面， PCB和文件管理， 是内核数据结构； 而虚拟地址空间， 物理内存， 页表， 是进程数据结构， 这两个是结偶关系。 而对于物理内存， 程序和代码加载替换掉物理内存， 页表重新映射物理内存。 这个过程， 在内核数据结构里， 并不关心。
所以， 文件的重定向和进程替换之间互不影响！！！
重定向的参数
我们使用重定向， 可能遇到下图这种只有一部分数据重定向到了新文件， 但是还有一部分直接打印到了显示器的情况：
上面描述的问题就是重定向了一部分， 但是还有一部分没有重定向， 这是因为对于重定向来说， 默认是将打印到显示器的数据重定向到文件中。
- 想要将两部分------stdout、stderr两个部分的数据都进行重定向， 就需要使用参数fd, 使用方式如下: fd > 文件。
如下图使用:这两种方法我们要谈的是第二种方法：./newfile.exe 1 > both.log 2>&1， 这里面2>&1的意思就是说， 将1fd的内容拷贝到2fd里面去。 而1已经重定向到了both.log， 所以， 将1的内容拷贝到2fd里面去后。 本应该打印到2fd里面的内容也会被打印到文件中。
如何理解计算机下"一切皆文件"
对于计算机来说， 所有的操作计算机的动作， 都是以进程的方式进行操作的。所有访问文件的操作， 最终都是用进程的方式访问文件的。
计算机上所有应用的所有操作， 最终都会被系统解释成进程。 目前， 所有对文件的操作， 全部都依赖进程的操作。
而且， 我们知道， 对于冯诺依曼体系结构来说， 底层大部分都是外设！！！如下图：
上面就是一个一个打开文件后创建的结构体， 下面就是底层硬件。
- 对于上面图中的底层设备， 每一个外设的读写方法都是不一样的， 也就是他们的struct file是不一样的。 所以这个时候每一个struct file里面都有一个指针指向struct operation_func类型的结构体。
如下图:
那么， 未来操作系统为了进行文件操作， 就会先创建一个进程：
然后， 操作系统又专门给我们定义了系统调用:
所以， 操作系统就实现了在上层统一使用read， write接口， 然后在下层根据文件的不同， 找到不同的write， read方法。
所以， 一切皆文件------就是操作系统在文件层面上封装一层struct file结构体对象， 然后， 根据这个对象里面的指针找到对应文件的write， read。 而这里的write， read同样是一层封装各种各样读写方法的结构体。 而真正的各种设备的读写方法如何实现， 我们并不关心！！！
从struct file往上， 就是用户！是给我们看到的， 我们看到的， 就是struct file。 看到的就是------一切皆文件！！！
所以， 在linux中， 在struct file这一层， 被称作 VFS------virtual file system虚拟文件系统 。
- 以后， 当我们的进程再想实现open， write这些接口的时候， 就会先找到struct file。 然后struct file就回去找到自己里面的operation_func， 至于operation里面是什么情况， struct file并不关心。 而这， 就是多态。 这里面的一层一层的指针的包含关系， 就叫做继承！！
- 所以， 如果未来我们想用c语言实现c++的多态， 我们怎么做呢？------其实就是在c语言的结构体里面封装一个个变量，当作事物的属性；然后再定义几个函数指针指向想要使用的事物方法。 这就形成了一个类。而c++里面的虚函数表本质上就是函数指针数组， 我们在结构体里面封装一个函数指针数组足为虚函数表。 那么就可以形成多态！！！
以上， 就是本节的全部内容， 下面是博主整理的个人笔记：
