【Linux IO】文件描述符、重定向、缓冲区

news2024/11/13 15:31:49

1.open函数

1.1第二个参数的解释；

O_RDONLY: 只读打开
O_WRONLY: 只写打开
O_RDWR : 读，写打开
         上面三个常量，必须指定一个且只能指定一个
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

open("test.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0644/*八进制给初始值*/);

1.2open的返回值（重点）

返回值是struct file*指针数组的下标

0:标准输入1:标准输出2:标准错误

#include<iostream>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
using namespace std;

int main()
{
    int fd1=open("test.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0644/*°???????*/);
    int fd2=open("test.txt1",O_WRONLY|O_CREAT,0644/*°???????*/);
    int fd3=open("test.txt2",O_WRONLY|O_CREAT,0644/*°???????*/);
    int fd4=open("test.txt3",O_WRONLY|O_CREAT,0644/*°???????*/);
    printf("%d %d %d %d\n",fd1,fd2,fd3,fd4);
    return 0;
}

执行结果：

原理：

2.文件描述符fd

2.1文件描述符的分配规则

上面说了，进程PCB中有一个指向files_struct的指针，这个结构体中又包含一个struct file的指针数组，打开文件就会在指针数组依次添加

那么关闭默认打开的标准输入、标准输出、标准错误文件，会发生什么结果呢？

关闭标准输入，那么新打开文件的文件描述符就是0了

#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
using namespace std;

int main()
{
    close(0);
    int fd1=open("test.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0644);
    if(fd1<0)
    {
        cerr<<"open fail";
        return 1;
    }
    cout<<"fd1:"<<fd1<<endl;
    return 0;
}

有上述可以得出文件描述符的分配规则：在files_struct指针数组当中，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。

2.2输入输出重定向

把标准输出关闭在打开一个新文件，再打印就会发现不会打印在显示器，创建的文件中有我们打印的内容，出现了一个输出重定向；

#include<iostream>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
using namespace std;

int main()
{
    close(1);
    int fd1=open("test.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0644);
    if(fd1<0)
    {
        cerr<<"open fail";
        return 1;
    }
    cout<<"fd1:"<<fd1<<endl;
    return 0;
}

输出重定向原理：

追加重定向只是在打开文件时加一个O_APPEND

#include<iostream>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
using namespace std;

int main()
{
    close(1);
    int fd1=open("test.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND/*这里修改了*/,0644);
    if(fd1<0)
    {
        cerr<<"open fail";
        return 1;
    }
    cout<<"fd1:"<<fd1<<endl;
    return 0;
}

我前面执行了几次

输入重定向

#include<iostream>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
using namespace std;
int main()
{
    close(0);
    int fd=open("./test.txt",O_RDONLY);
    if(fd<0)
    {
        cerr<<"open fail";
        return(1);
    }
    char s[50];
    while(fgets(s,sizeof(s)-1,stdin))
        cout<<s;
    return 0;
}

2.3dup2

需要重定向是就关闭文件是不是有些麻烦了，使用dup2函数也可以做到一样的效果；

原理：将oldfd拷贝newfd（标准输入、标准输出、标准错误）

#include<iostream>
#include<unistd.h>
using namespace std;
int main()
{
    int fd=open("test.txt",O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT);
    if(fd<0)
    {
        cerr<<"opne fail";
        return 1;
    }
    dup2(fd,1);
    cout<<"hello wrold"<<endl;
    cout<<"hello IO"<<endl;
    return 0;
}

2.4提出一些问题

Q:如果程序替换文件描述符会改变吗？

A:不会，因为指向文件结构体的指针保存在PCB中的指向的files_struct结构体中的指针数组内，文件描述符是这个指针数组的下标，程序替换替换的是代码和数据；

Q:创建子进程，子进程文件描述符会怎么初始化和文件会新增吗？

A:子进程的PCB是使用父进程的PCB来初始化的，子进程创建PCB，文件描述符使用父进程初始化所以相同，文件当然不会新增，文件在磁盘中只有一份；

3.缓冲区

进程退出时，会将FILE内部的数据刷新到系统缓冲区，再调用系统接口，用户->OS

三种刷新策略：

1.不缓存(直接刷新)

2.行缓冲\n,endl,例：输出到显示器

3.全缓冲（把缓冲区填满就刷新到内核缓冲区），例：写入磁盘文件

#include<stdio.h>
#include<iostream>
#include<unistd.h>
using namespace std;
int main()
{
    const char* s1="hello buffer\n";
    write(1,s1,strlen(s1));
    printf("hello world\n");
    fprintf(stdout,"hello world\n");

    close(1);
    return 0;
}

执行结果：原本打印显示器重定向写到磁盘文件，刷新策略由行刷新变为了全刷新，在函数结束前关闭了磁盘文件，保存在FILE的字符串生命周期结束，write是系统调用接口所以在写入的磁盘文件中；

3.1缓冲区属于PCB、代码、数据哪一个？

#include<stdio.h>
#include<iostream>
#include<unistd.h>
using namespace std;
int main()
{
    const char* s1="hello buffer\n";
    write(1,s1,strlen(s1));
    printf("hello world\n");
    fprintf(stdout,"hello world\n");
    fork();
    return 0;
}

执行结果：缓冲区的数据属于数据，所以遵守写实拷贝的规则，父子进程谁先刷新谁就写实拷贝