【Linux 】文件描述符fd、重定向、缓冲区（超详解）

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​编辑 系统接口进行文件访问

open 接口介绍

文件描述符fd

重定向

缓冲区

1、缓冲区是什么？

2、为什么要有缓冲区？

3、怎么办？

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我们先来复习一下，c语言对文件的操作：

C默认会打开三个输入输出流，分别是stdin, stdout, stderr

  1 #include<stdio.h>2 3 int main()4 {5     FILE *fp=fopen("log.txt","w");6     if(fp==NULL)7     {8         perror("error!");9         return 1;10     }11     fprintf(fp,"hello,%d,%s\n",10,"sxh");12     fclose(fp);13     return 0;14 }

 系统接口进行文件访问

操作文件，除了上述C接口（当然，C++也有接口，其他语言也有），我们还可以采用系统接口来进行文件访问；

  #include<stdio.h>#include<string.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<unistd.h>int main(){umask(0);int fd =open("log.txt",O_WRONLY | O_CREAT |O_TRUNC,0666);if(fd<0){   perror("open");return 1;}//const char *message ="hello Linux!\n";const char * message ="aaaa\n";write(fd,message,strlen(message));close(fd);}

open("log.txt",O_WRONLY | O_CREAT |O_TRUNC,0666);：以写方式打开，不存在就创建，存在就先清空！相当于c语言中的  “w”  方式；

open 接口介绍

open man 2 open

       #includ e <sys/types.h>
       #include <sys/stat.h>
       #include <fcntl.h>

       int open(const char *pathname, int flags);
       int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode)
       int creat(const char *pathname, 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;  常见的参数有：

                        O_RDONLY: 只读打开

                        O_WRONLY: 只写打开
                        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

mode: mode 只有 当 在 flags 中使用 O_CREAT 时才有效 , 否则被忽略.

返回值：
                成功：新打开的文件描述符
                失败：-1

 

文件描述符fd

我们通过系统调用I/O打开一个文件的返回值，就是文件描述符：

int fd = open("log.txt",O_WRONLY | O_CREAT |O_TRUNC,0666);

这里fd就是log.txt的文件描述符；

如果我们同时打开三个文件，并把这三个文件的文件描述符打印出来，会发现：

文件描述符是从3开始的，那0、1、2呢？

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

根据上述的图，我们可以知道：

open干什么？

1、创建file

2、开辟文件缓冲区的空间，加载文件数据（延后）

3、查看进程的文件描述符表

4、file地址，填入对应的表下标中

5、返回下标

重定向

看一下下面的代码：

1 #include<stdio.h>2 #include<sys/types.h>3 #include<sys/stat.h>4 #include<fcntl.h>5 #include<unistd.h>6 #include<string.h>7 #include<stdlib.h>8 const char *filename="log.txt";9 10 int main()11 {12     //close(0);13     close(1);14     //close(2);15     int fd =open(filename,O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC,0666);16     if(fd<0)17     {18         perror("open");19         return 1;20     }21     printf("printf,fd:%d\n",fd);22     fprintf(stdout,"fprintf,fd:%d\n",fd);23 24     fflush(stdout);25 26 27     close(fd);28     return 0;29 30 }

先看现象：

1、如果我们关闭的是0：打印出来的log.txt的文件描述符是0；关闭的是2，则打印出来的文件描述符是2；关闭的是1，则不会显示出来；因为文件描述符1表示的是显示器，而我们把显示器关掉了自然打印不出来；

2、我们会在log.txt中打印出printf和fprintf的内容：

现象解释：

文件描述符规则：查看自己的文件描述表，分配最小的没有使用的文件描述符；

由于我们把显示器给关掉了，那么文件描述符1就是最小的没有使用的，这样log.txt就会被分配1为文件描述符；这其实就是一个重定向操作；

看下面的图：

一开始fd_array[1]指向的是显示器，由于close(1),加上open log.txt这样fd_array[1]指向的就是log.txt;

因为重定向的本质是在内核中改变文件描述符特点下标的内容，与上层无关；

fprintf()/printf()  --->stdout  --->struct FILE --->stdout ---->_fileno ==1;

所以fprintf()/printf() 看的就是_fileno ==1；由于重定向后log.txt的fd为1 ，自然fprintf()/printf()的内容打印到log.txt中；

如果我们一直用这种手动重定向的方式，比较麻烦；可以用系统调用：dup2()

看一下代码：

  1 #include<stdio.h>2 #include<sys/types.h>3 #include<sys/stat.h>4 #include<fcntl.h>5 #include<unistd.h>6 #include<string.h>7 #include<stdlib.h>8 const char *filename="log.txt";9 10 int main()11 {12     int fd = open(filename,O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC,0666);13     //dup2(fd,1);14 15     printf("hello world,fd:%d\n",fd);16     fprintf(stdout,"hello world\n");17     fflush(stdout);18     close(fd);19     return 0;20 }

上述的代码运行结果：会直接打印到显示器上；

如果把dup2(fd,1)；复原：显示器上不会显示，而是在log.txt上显示

 其实本质就是将fd覆盖1 指向下标的内容；

缓冲区

1、缓冲区是什么？

缓冲区就是一段内存空间

2、为什么要有缓冲区？

给上层提供高效的IO体验，间接提高整体效率

3、怎么办？

     a、刷新策略
               1、立即刷新  fflush(stdout)（c语言的刷新）、fsync(fd)(系统调用的刷新)
               2、行刷新  （显示器）
               3、全缓冲  （缓冲区写满，才刷新，普通文件）
     b、特殊情况
               进程退出，系统会自动刷新
               强制刷新