[Linux][基础IO][一][系统文件IO][文件描述符fd]详细解读

2024-04-15 10:20

本文主要是介绍[Linux][基础IO][一][系统文件IO][文件描述符fd]详细解读,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

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]
    • 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
    • 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 0100void 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 0011show(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""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

请添加图片描述

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
    请添加图片描述

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

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