5.Linux基础IO

最新推荐文章于 2025-12-12 15:13:36 发布

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本文详细介绍了Linux系统中的文件管理和输入输出，包括系统调用如open、write和close，以及标准输入、输出和错误流。讨论了重定向的概念和实现，文件描述符的作用，以及文件在操作系统中的表示。同时，讲解了静态库和动态库的打包过程，强调了库函数与系统调用的区别。通过对文件系统的理解，阐述了文件的inode和数据块结构，以及硬链接和软链接的差异。

文件 = 内容 + 属性

FILE*, c语言，软件

如何理解硬件和软件的关系

stdin,标准输入，键盘

stdout，标准输出，显示器

stderr，标准错误，显示器

stdin & stdout & stderr，c语言默认打开三个输出流，标准输入流，标准输出流和标准错误。

Linux之下一切皆文件。

为什么提供三个接口？实现人与计算机的交互（通过语言）。

1.如何输入输出

stdin & stdout & stderr，c语言默认打开三个输出流，标准输入流，标准输出流和标准错误。

系统文件输入输出接口

open

open，有两种使用方式

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

其中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flags。
参数:
O_RDONLY: 只读打开
O_WRONLY: 只写打开
O_RDWR : 读，写打开
这三个常量，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

返回值：
成功：新打开的文件描述符
失败：-1

那如何理解mode_t呢？

和使用权限有关。

const char *str = "hello world\n";

write（fd, str, strlern(str)）;

close(fd);

系统调用和库函数

我们要回顾一下系统调用和库函数的概念，知道系统调用是系统提供的接口，而库函数呢？

是为了用户更好的使用对系统调用的二次封装。

其中，fopen fclose fread fwrite 都是C标准库当中的函数，我们称之为库函数（libc）。
而， open close read write lseek 都属于系统提供的接口，称之为系统调用接口。

可以认为f系列函数是对接口的二次封装。

3，4，5，6 文件描述符fd（files descration）,在os层面就是一个整数，从0到n，

0：标准输入

1：标准输出

2：标准错误

本质是数组下标

os要管理文件，结构体，多个文件多个结构体，链表组织

struct file{

//文件的属性信息

//文件的缓存和存储位置

}

进程是task_struct，进程访问文件，进程对文件 1：n

struct file*fd_array [结构体指针数组]，pcb有指针fs指向其中。（struct file_struct中的）

什么是文件描述符

本质是数组下标，默认从小的分配，默认从3开始

通过结构体和函数指针实现面向对象

重定向

重定向：本来应该输出到显示器上的内容，输出到了文件当中，其中，fd＝1。这种现象叫做输出
重定向。常见的重定向有:>, >>, <

我们来看这一代码,我们会发现printf和fprinf打印了两次。
int main()
{
  int fd = open("log.txt",O_CREAT | O_APPEND | O_WEONLY, 0644);
  if(fd < 0){
    perror("open error");
    return 1;
}
  const char *str = "hello world: write\n";
  const char *str1 = "hello world: print\n";
  const char *str2 = "hello world: fprint\n";
  
  write(1,str,strlen(str));
  printf("%s",str1);
  fprintf(stout,"%s",str2);

  fork();

  fflush(stdout);
}
输出地一般有两种，

显示器，行缓冲

和文件，全缓冲

缓冲区，本质是一块内存

重定向，目的地发生变化，收缓冲影响。库函数受影响，缓冲区在库函数提供的。

用户级缓冲区，c标准库提供。(语言给我们提供的缓冲区)

先关闭1的重定向，

不关闭用dup，有dup和dup2，我们在这里学习dup2。

dup2（oldfd,newfd），内容的拷贝

dup2(fd,1)

close（fd）

数组内容的拷贝，内容的改变。

文件管理、理解文件系统

文件 = 内容 + 属性

一个文件

（1）inode{

属性集合

}

（n数据块）block{ 4kb为单位保存的

内容

}

file system{

基本情况

空间一共多大

已经被使用&&没有被使用

inode

block

group（高度概括）

方法

}

理解硬盘，里边是光盘（两面都是光的）6磁头，机械臂杆

盘面，柱面，扇区

硬盘想象成大数组，将对硬盘进行管理的问题转化为对数组进行管理的问题。

硬盘太大了，划分空间，（用文件系统）便于管理。（分区）

inode文件的属性（个数是确定的）

Data block 数据

文件：inode: block = 1:1:n

inode id ,标识一个inode，是唯一的

目录是文件，有inode和block

怎么分配inode id

由i位图决定，多少id就是多少0 ，00000.......00000，比如第五个给了，就是00001......000。

同理b位图

想象为数组

通过位图知道inode和block的使用情况。

删除把1变为0.删除成本低

目录也是文件 = inode + 数据块（文件名 + inode映射关系）