Linux之文件fd

news2025/1/15 19:40:52

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目录

 一.文件内容的回顾

二.提炼一下对文件的理解

 三.理解文件

 3.1 open

 3.2 close

3.3write

四.文件描述符fd

4.1fd

4.2理解一切皆文件

4.3大致了解一下打开文件和写文件的过程

4.4 文件描述符0,1,2的证明

五.封装

5.1在Linux层面上c语言对底层的封装

5.2c语言为什么这样做

六 再次理解一下一切接文件 

 一.文件内容的回顾

        在c语言中我们学过文件的操作，在这里我先回顾一下文件的操作，代码如下：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
    FILE *fp=fopen("log.txt","w");
    if(fp==NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    const char*str="hello file";
    fprintf(fp,"%s",str);
    fclose(fp);

    return 0;
}

我们查看log.txt的内容 

 

我们打开的方式为’w‘，当文件不存在时创建一个文件然后写入，当文件存在时清空文件的内容然后写入，当然还存在另一种写入方式'a'，追加。我们在linux中可以使用重定向来创建文件

> a.txt

可以创建一个空文件

我们可以输入

echo hello> a.txt

 将hello输入到文件a.txt

每一次输入都是会清空文件的内容然后输入。

当然也存在一种和a方式一样的，

echo file>>a.txt

 可以追加到a.txt文件中

二.提炼一下对文件的理解

        文件=内容+属性。打开文件本质就是进程打开文件，文件没有打开的时候存在哪里?文件没有打开的时候存在磁盘中；一个进程可以打开多个文件吗？ 可以。系统中可以存在多个进程吗？可以。很多情况下的，操作系统中一定存在的大量被打开的文件，操作系统需要对这些打开的文件进行管理，先描述在组织，所以操作系统中一定存在一个类似于PCB的结构。

 三.理解文件

        文件在磁盘中，磁盘时外设，对文件的操作就是对外设进行操作，用户不可以直接对外设进行操作，操作系统可以对外设进行操作，我们想要写文件就需要操作系统进行操作，所以一定存在一个接口（例如我们c/c++中fprintf/fopen等）可以让操作系统进行文件的操作。

 3.1 open

我们查看守则

man 2 open

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

        const char *pathname是指文件的文件名或者文件路径，int flags这个参数是使用位图的形式传入的，mode_t mode是指文件的权限。我们看代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
    int fp=open("log.txt",O_CREAT|O_WRONLY,0666);
    return 0;
}

我们可以看到可以出现一个log.txt文件： 

对于flags这个参数它类似于

#define A 1
#define B 1<<1
#define C 1<<2

int main()
{
    int a=A|B|C;
}

对于这个文件的权限为什么是644而不是666呢？这个和掩码有关，具体不做解释。 

 3.2 close

        我们查看守则

man 2 close

关闭需要文件描述符fd进行关闭。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int fp=open("log.txt",O_CREAT|O_WRONLY,0666);
    if(fp<0)
    {
        perror("open");
        return 1;
    }

    close(fp);
    return 0;
}

3.3write

        我们看手则

man 2 write

 第一个参数int fd是指文件描述符, 第二个参数const void *buf是输入的内容,第二个参数 size_t count是输入内容的长度。我们看代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int fp=open("log.txt",O_CREAT|O_WRONLY,0666);
    if(fp<0)
    {
        perror("open");
        return 1;
    }
    const char*str="hello file";
    write(fp,str,strlen(str));
    
    close(fp);
    return 0;
}

我们查看log.txt文件的内容

四.文件描述符fd

4.1fd

        我们先看一下库中open的返回值

我们看下面代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int fpa=open("loga.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);
    printf("fpa : %d\n",fpa);

    int fpb=open("logb.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);
    printf("fpb : %d\n",fpb);

    int fpc=open("logc.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);
    printf("fpc : %d\n",fpc);

    int fpd=open("logd.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);
    printf("fpd : %d\n",fpd);
    
    return 0;
}

代码运行的结果为：

fpa为3，fpb为4，fpc为5，fpd为6 ,文件描述符没有0，1，2，其中0是标准输入流，1是标准输出流，2是标准错误流

这三个的返回类型为FILE。

一个进程可以对应多个文件，操作系统需要知道文件的状态，需要对打开的文件进行管理，先描述在组织，我们可以看下面的图片：

 文件描述符的fd的本质是什么？内核进程：文件映射关系的数组下标。open在干什么？创建file，开辟文件缓冲区的空间，加载文件数据，查看文件的描述符表，file地址填入对应的表和下标，返回下标。

4.2理解一切皆文件

        键盘，显示器，鼠标等都是硬件，但是一切皆文件，所以硬件在操作系统也是以文件存储，既然是文件，那么就有一个struct_file ,看下图：

在操作系统中每一个struct_file都有一些函数指针来进行硬件的访问，这是类的多态级的技术。

4.3大致了解一下打开文件和写文件的过程

       我们在log.txt文件中进行写入 helloworld，我们看下面的图片：

 先打开文件，返回一个文件描述符，通过这个文件描述符进行写文件，然后在进程strict_task中找到这个文件描述符表，然后通过文件描述符表下表为文件描述符，根据这个的地址找到文件的属性和文件的内容然后写入文件，操作系统再定时将内容刷新到磁盘中。

4.4 文件描述符0,1,2的证明

        在stdin.stdout,stderr对应的结构体中有一个变量_fileno来存储文件描述符，我们看下面的代码代码：

#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    printf("stdin : %d\n",stdin->_fileno);
    printf("stdout : %d\n",stdout->_fileno);
    printf("stderr : %d\n",stderr->_fileno);
    
    return 0;
}

运行结果如下: 

 

同样当我们创建一个文件时，它也会封装文件描述符，看下面代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    printf("stdin : %d\n",stdin->_fileno);
    printf("stdout : %d\n",stdout->_fileno);
    printf("stderr : %d\n",stderr->_fileno);
    
    FILE* fp=fopen("log.txt","w");
    if(fp<0)
    {
        perror("feopn");
        return 1 ;
    }
    printf("fp : %d\n",fp->_fileno);
    return 0;
}

结果如下：

 

五.封装

5.1在Linux层面上c语言对底层的封装

        直接看代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int fp1=open("log.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);
    if(fp1<0) 
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    return 0;
}

在这段代码中文件的打开和c语言中的下面代码效果一样：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    FILE* fp=fopen("log.txt","w");
    if(fp==NULL)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    return 0;
}

所以这里是对底层的封装，，同样追加写也有对应的封装：

  int fp=open("log.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0666);

5.2c语言为什么这样做

        对底层进行封装的一个重要原因就是语言不具有跨平台性，当我们在windos平台写一段代码，在Linux中就有可能不能运行，这就是因为语言奴具有跨平台性，所以它就会出一个接口，例如我们的fopen/fwrite等都是对底层进行封装，看下面图片可以大致了解一下其中的实现

 

六 再次理解一下一切接文件 

        Linux中一切皆文件，那么显示器也是文件，既然是文件那我们就可以通过代码在显示器上写一些内容，我们输入指令：

ls /dev/pts

 当我们再开一个终端，再次输入这个指令可以看到：

我们在第一个终端上运行代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int fd=open("/dev/pts/1",O_WRONLY|O_APPEND);
    if(fd<0)
    {
        perror("open");
        return 1;
    }
    const char * str="hello linux\n";
    while(1)
    {
      write(fd,str,strlen(str));
      sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

我们在另一个终端上可以看到：

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