【Linux操作系统】简学深悟启示录：重定向&&缓冲区

最新推荐文章于 2025-12-27 15:35:24 发布

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#linux #运维 #服务器

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1.重定向
2.缓冲区
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1.重定向

1.1 文件描述符分配规则

文件描述符的分配规则是什么？从 0 下标开始，寻找没有用过的数组位置，他的位置就是新文件的文件描述符

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

#define filename "log.txt"

int main()
{
    close(1);
    int fd = open(filename, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open");
        return 1;
    }
    const char* str = "hello Linux!\n";
    int cnt = 5;
    while (cnt)
    {
        write(1, str, strlen(str));
        cnt--;
    }
    close(fd);
    return 0;
}

以上面代码为例，关闭显示器输出文件（即分配符 1 的文件），往显示器文件 1 写入时会发生什么呢？

在这里插入图片描述

看到结果把本来要输出到显示器的内容，都输出到了 log.txt 文件里，这也证实文件符分配的规则

在这里插入图片描述
本来应该输出到显示器上的内容，输出到了文件 log.txt 当中，其中，fd＝1。这种现象叫做输出重定向。常见的重定向有 >、>>、<，那么其本质是什么？

1.2 dup和dup2

其实在实现输入输出重定向时，本质是底层调用用到 dup 或者 dup2 函数

在这里插入图片描述

dup 和 dup2 的唯一区别是，dup 是自动从零开始寻找最小的分配符为 newf，而 dup2 是自己指定一个，这里着重介绍 dup2

请添加图片描述

本质上，是通过将 oldfd 的指针覆盖到 newfd 的指针实现重定向的。如果 oldfd 有效，并且 newfd 已经打开，dup2 会先关闭 newfd，然后再执行复制操作，此时返回 newfd。如果在关闭 newfd 的过程中出现错误，dup2 仍然会执行复制操作，但会返回 -1

🔥值得注意的是：

如果 oldfd 不是有效的文件描述符，那么调用会失败，且 newfd 不会被关闭。
如果 oldfd 是有效的文件描述符，且 newfd 的值与 oldfd 相同，那么 dup2() 不执行任何操作，并返回 newfd

1.3 多文件重定向

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

int main()
{
    // 向标准输出（stdout）打印 5 次正常消息
    fprintf(stdout, "hello normal message\n");
    fprintf(stdout, "hello normal message\n");
    fprintf(stdout, "hello normal message\n");
    fprintf(stdout, "hello normal message\n");
    fprintf(stdout, "hello normal message\n");

    // 向标准错误（stderr）打印 5 次错误消息
    fprintf(stderr, "hello erro message\n");
    fprintf(stderr, "hello erro message\n");
    fprintf(stderr, "hello erro message\n");
    fprintf(stderr, "hello erro message\n");
    fprintf(stderr, "hello erro message\n");

    return 0;
}

以以上代码为例，补充一些重定向的知识

在这里插入图片描述

运行重定向之后可以发现，代码被写入了 normal.log 这个文件，这两输出的路径各自独立，并不会互相影响，所以只有 stdout 被修改会部分改变

那如果想要把这两部分内容各自输出到不同文件里呢？

在这里插入图片描述

./test > normal.log 2>err.log 其实是 ./test 1>normal.log 2>err.log 的简写，这条命令的意思是将 ./test 一部分通过文件分配符 1 重定向到 normal.log，一部分通过文件分配符 2 重定向到 err.log

🔥值得注意的是： 1 和 normal.log、2 和 err.log 之间输出格式不能有空格

那如果想要把两个不同输出路径的内容输出到同一文件呢？

在这里插入图片描述

./test > all.log 2>&1 表示 hello normal message 输出到 all.log，文件分配符 1 里的内容就是 all.log 文件的地址，所以 2>&1 就表示把 all.log 地址复制到文件分配符 2 里面，即重定向，这就完成了把两个不同输出路径的内容输出到同一文件

1.4 再理解"一切皆文件"

在这里插入图片描述

早在初学 Linux 的时候就说过操作系统中一切皆文件这个概念，那么究竟是怎么理解的呢？

我们知道用户要访问外设要创建进程 PCB，然后通过文件分配符表找到对应的 file 结构体，通过内部的指针找到对应的方法实现表，最后访问外设统一的读写接口。可以理解这种统一的实现方法为多态，file 结构体那一层叫做 VFS（虚拟文件系统），往上为用户层面，所以一切皆文件

2.缓冲区

我们将通过三组对比，对缓冲区原理进行详细的解析

2.1 仅有 \n

✏️示例：

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

int main()
{
    const char *fstr = "hello fwrite\n";
    const char *str = "hello write\n";

    printf("hello printf\n");
    fprintf(stdout, "hello fprintf\n");
    fwrite(fstr, strlen(fstr), 1, stdout);
    // close(1);

    write(1, str, strlen(str));

    // fork();
    return 0;
}

💻结果：

在这里插入图片描述

可以看到仅有 \n 的情况下，缓冲区的内容都被正常刷新出来了

2.2 没有 \n 且调用 close()

✏️示例：
在这里插入图片描述

💻结果：
在这里插入图片描述

通过该示例可以发现，在没有 \n 的情况下，普通的 C 接口函数在缓冲区里不会被刷新出来，但是系统接口的就可以，这是为什么呢？

在这里插入图片描述

实际上，用户层和系统层都有一个缓冲区，普通的 C 接口函数刚开始会存储在用户层的缓冲区，由于没有 \n 不能立即刷新，且后续在代码结束前把 fd=1 的文件关掉了，就无法调用 write 写到系统缓冲区上，因为底层函数依赖 fd=1 的文件。而直接用系统函数写入时，直接就在系统缓冲区里了，当程序结束退出时会自动刷新系统缓冲区输出到显示器上，目前我们认为，只要数据刷新到内核了，数据就可以到硬件上