一、关于文件
文件＝内容＋属性
- 那么所有对文件的操作，就是对内容/属性操作。
- 内容是数据，属性也是数据，那么存储文件，就必须既存储内容数据，又存储属性数据。默认就是在磁盘中的文件。
- 当进程访问一个文件时，都需要先把文件打开。对于普通的磁盘文件，“打开”就是将文件加载到内存。
- 一个进程可以通过操作系统（操作系统提供系统调用接口）打开多个文件，多个进程可以通过操作系统打开多个文件。加载到内存中被打开的文件可能会存在多个。（进程：打开的文件 = 1 ： n）
- 加载磁盘上的文件，一定会涉及访问磁盘设备，是由操作系统来做的。
操作系统在运行时，可能会打开很多文件，那么，操作系统该如何对文件进行管理呢？
一个文件要被打开，一定要在内核中先形成被打开的文件对象，例如：
struct file
{
//文件的属性
struct file* next;
...
}文件的属性与文件内容一样，在磁盘中同样有保存。
我们使用链表对这些对象进行管理。那么，对于文件的管理，就转换成了对链表的增删查改。
被打开的文件在内存中，未被打开的文件在磁盘中。 所有的文件操作，都是在内存中操作的。
因此，研究文件操作的本质就是研究进程和被打开文件的关系。
二、常见文件接口（C语言）
1、fopen
我们可以在Linux中使用man来查看fopen的手册（man fopen）：
打开的模式：
以“w”方式打开为例：
当文件 以“w”方式打开时，若该文件不存在，则自动创建文件。
打开文件时，会先清空文件内容。
#include<stdio.h>
//以"w"打开，若文件不存在则自动创建该文件
int main()
{
FILE* fp = fopen("log.txt","w");
if(NULL == fp)
{
perror("fopen");
return 1;
}
const char* s = "hello world\n";
int i = 0;
for(i = 0; i < 10; i++)
{
fputs(s,fp);
}
fclose(fp);
return 0;
}
在执行该程序之前，当前目录下只有两个文件。
make会产生一个myfile.c的可执行文件myfile。
执行该程序后，当前目录下出现了一个新文件：log.txt。
我们可以看到此时该log.txt文件中，就写入了我们程序中设定的内容。
我们对该C程序进行修改：
#include<stdio.h>
//以"w"打开，若文件不存在则自动创建该文件
int main()
{
FILE* fp = fopen("log.txt","w");
if(NULL == fp)
{
perror("fopen");
return 1;
}
fputs("aaa\n",fp);
fclose(fp);
return 0;
}
重复执行上述内容（注意：我们的log.txt文件并未删除，仍旧存在），我们再次查看log.txt中的内容：
可以看出，之前写入的内容已经被清空。
注：我们使用“> log.txt”也可以实现对该文件进行清空。“>”是重定向，向文件写入。要向文件写入，就一定要打开文件。此时文件内容就会被清空。
以"a"方式打开为例：
append：追加。
“a”方式也是写入，只不过是从文件结尾进行写入。
我们将myfile.c文件进行修改：
#include<stdio.h>
int main()
{
FILE* fp = fopen("log.txt","a");
if(NULL == fp)
{
perror("fopen");
return 1;
}
fputs("bbbbbbbbb\n",fp);
fclose(fp);
return 0;
}
运行该程序，我们可以看出，原先log.txt文件中的内容并未变化，我们是在此基础上追加了内容。
我们可以不断执行，不断追加。
注：我们使用“echo “cc” >> log.txt”也可以实现追加。
2、
三、系统调用接口
由于打开文件的操作只能由操作系统来完成，所以我们C语言中打开文件的接口，底层一定是封装了系统调用接口的。
1、open
第一个参数是文件名称（不带路径默认当前路径下）。
第二个参数是flags：
第三个参数表示我们要以什么权限来创建新文件。
返回值：
file descriptor文件描述符：fd
模拟fopen（"filename","w"）：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main()
{
//umask(0);//权限掩码改为0
//O_TRUNC:将打开的文件的长度清零（清空）
int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if(fd < 0)
{
perror("open");
return 1;
}
const char* s = "abc\n";
write(fd, s, strlen(s));
close(fd);
return 0;
}
模拟fopen("filename","a") ：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main()
{
//O_APPEND：在文件末尾进行写入（追加）
int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
if(fd < 0)
{
perror("open");
return 1;
}
const char* s = "abc\n";
write(fd, s, strlen(s));
close(fd);
return 0;
}
四、fd:文件描述符
返回值类型为int，那么fd究竟是什么？
我们可以输出fd观察：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main()
{
int fd1 = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
int fd2 = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
int fd3 = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
int fd4 = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
printf("fd1:%d\nfd2:%d\nfd3:%d\nfd4:%d\n",fd1,fd2,fd3,fd4);
close(fd1);
close(fd2);
close(fd3);
close(fd4);
return 0;
}
可以看到，fd是连续的整数。
当进程打开文件时，操作系统会给每一个文件创建文件对象（被打开文件的描述结构体对象），并对它们使用链表进行维护。
操作系统需要对进程（task_struct）和打开的文件（struct file）之间的对应关系进行维护，就产生了struct files_struct。而task_struct中包含：struct files_struct* files，该指针就指向struct files_struct。
struct files_struct这个结构体中，包含了一个数组：struct file* fd_array[]。该数组中，存放struct file的地址。
因此，当进程打开文件时，操作系统会创建struct file对象，并在该数组：struct file* fd_array[]中查询可使用的下标，将struct file对象的地址填入到该下标的位置。然后将该数组的下标返回，我们将该数字称为文件描述符。我们将struct file* fd_array[]称为：进程文件描述符表。
因此，文件描述符fd本质就是数组的下标。
那么，为什么我们显示打印的fd是从3开始的呢？
这是因为进程在运行的时候，默认打开：
标准输入：键盘 stdin 0
标准输出：显示器 stdout 1
标准错误：显示器 stderr 2
stdin/stdout/stderr都是FILE*类型。FILE是一个结构体，其中封装了文件描述符。
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main()
{
printf("stdin->fd:%d\n",stdin->_fileno);
printf("stdout->fd:%d\n",stdout->_fileno);
printf("stderr->fd:%d\n",stderr->_fileno);
return 0;
}
那么，我们为什么要把stdin/stdout/stderr打开呢？
这是为了能够让我们默认进行输入输出代码编写。
