文件描述符

文件

1. 文件=文件内容+文件属性（文件属性也是数据，即使创建一个空文件，也要占据磁盘空间）

2. 文件操作 = 文件内容的操作+文件属性的操作（在操作文件时可能即改变了文件内容又改变文件属性）

3. 所谓打开文件，究竟是干什么？

   打开文件是手段，目的是对文件进行操作，打开文件，就是将文件加载到内存，这是由冯诺依曼体系结构决定的（CPU只能对内存进行读写，不能访问其他外设，所以对文件操作，需要先将文件加载到内存）

4. 当文件没有处于打开状态时文件储存在磁盘上

5. 打开的文件（内存文件）和磁盘文件

6. 当我们写的文件操作代码——>程序，程序运行的时候，执行相应的代码，才会真正的对文件进行相关操作

7. 进程和打开文件

C语言文件操作

FILE* fp=fopen("log.txt","w");//以写的方式打开文件
if(fp==NULL)
{
    perror("fopen");
    return 1;
}
const char* msg="hello 104";
int cnt=1;
while(cnt<20)
{
    fprintf (fp,"%s:%d",msg,cnt++);//将%s：%d写入文件
}
fclose(fp);//关闭文件

1. 默认这个文件在当前路径生成

当前路径：当前进程的工作路径

工作路径：进程在哪个路径运行，这个路径就是这个进程的工作路径

可以使用系统调用接口chdir()改变进程的当前路径

2. 写入的方式打开文件（如果）

fopen("log.txt","w");  //用写的方式打开文件，会先将文件清空
fopen("log.txt","a");  //用写的方式打开文件，以追加写入

写入文件到底是怎么写入的？

写入文件是向磁盘中写入，磁盘是硬件，所以对硬件写入都是通过操作系统提供的系统调用接口完成的，我们C语言中使用的函数是对系统接口做了封装。

进程和打开文件的关系（内存级）

文件系统级别的接口

open

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

返回值：成功返回文件描述符，失败返回-1
参数：

• patnname:打开的文件名

• flags：O_RDONLY（只读）,O_WRONLY（只写）,O_RDWR（可读可写）,O_APPEND（追加写入）,O_CREAT（不存在创建），O_TRUNC（写入时先清空）（宏），系统传递标记位，用位图结构来进行传递的，每一个宏标记，一般只需要一个比特位是1，并且和其他宏对应的值，不能重叠

比如：O_RDONLY 0000 0001,O_WRONLY 0000 0010

• mode：创建时文件的文件的读写权限（mask）//创建后真正的权限是mask&!unask

int main()
{
  int fd = open("test.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0666);		 //不会清空，直接覆盖写入
  //int fd=open("test.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);//会清空后，再写入
  //int fd=open("test.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);//追加写入
  
  char buf[]="qwer";
 // write(fd,buf,sizeof(buf));			//写入文件

  read(fd,buf,4);			//从文件读取4个字节到buf
  printf("%s\n",buf);
  close(fd);
  
  return 0;
}

补充：命令行清空文件

> test.txt

write

write（fd，buffer,sizeof(buffer)-1）;
//-1是因为把数据写入到文件里，文件不认识'\0'，所以在文件中会出现乱码（编译器认识'\0'）

read

read（fd，buffer,sizeof(buffer)-1）;

文件描述符

int main()
{
  int fd1=open("test1.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
  printf("fd1:%d\n",fd1);
  int fd2=open("test2.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
  int fd3=open("test3.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
  printf("fd2:%d\n",fd2);
  printf("fd3:%d\n",fd3);
  close(fd1);
  close(fd2);
  close(fd3);
  
  return 0;
}

从上述代码可以看出文件描述符从3开始

那文件描述符的这个数字到底是什么以及为什从3开始，0，1，2呢？

我们首先了解文件的原理

一个进程可能会打开多个文件，打开的文件会被加载到内存中，那么如何管理这些文件呢？

管理文件就是将文件先描述，在组织

一个文件被打开，在内存中就会创建文件的数据结构（结构体），再通过链表的方式链接起来

struct file
{
    //包含了文件的大部分内容+属性
    
    struct file* next;
    struct file* prev;
}

一个进程可能会打开多个文件，进程的pcb（task_struct）中会有一个结构体指针，指向一个结构体，这个结构会有一个结构体指针数组成员，这个数组中的结构体指针就指向描述文件的数据结构，这么一个数组下标就对应指向结构体对应文件的描述符。

从3开始是因为，0，1，2一开始就打开了，0，1，2——>stdin(标准输入，键盘),stdout（标准输出，显示器）,stdree（标准错误，显示器）

补充：C语言中的FILE*是一个结构体指针，因为C语言文件函数是封装系统接口，那么C语言中的FILE中一定封装了fd

FILE* f=fopen("bite","r");
printf("%d",f->_fileno);	//fd

文件描述符的分配规则

从头遍历这个结构体指针数组，找到一个最小的且没有被使用的下标，分配给新的文件

重定向的本质

把1对应的文件关掉，打开一个文件

本来向显示器打印，最后向一个文件打印（重定向）

stdout标准输出，只往1指向的文件输出，不关心1到底指向谁

文件操作只认fd，不关心fd到底指向那个文件

如果我们将来要进行重定向，上层只认0，1，2，3，4这样的fd，我们可以在os内部，通过一定的方式调整数组特定下标的内容（指向），我们就可以完成重定向操作

具体操作

上面的一堆数据，都是os内核，只能使用os提供的系统调用

系统调用

int dup2(int oldfd,int newfd);

是把fd_array数组上的内容拷贝，而不是拷贝数组下标

把数组oldfd下标得内容拷贝到数组下标newfd内

比如：

dup2（fd,1）;		//把fd内容拷贝到1中
//这样在fd_array[]数组中下标1中的内容和下标fd的内容一样，这时，我们向标准输出打印，就不会像显示器打印，而是向文件中打印

返回值：

失败返回-1，成功返回一个文件描述符

理解缓冲区

缓冲区的本质

就是一段内存

缓冲区在哪里？

先看一段代码

int main()
{
  printf("hello write1");
  fputs("hello write2",stdout);
  fprintf(stdout,"hello write3");
  write(1,"hello write4",12);
  sleep(5);
  return 0;
}

可以看出，"hello write4"马上刷新出来，而其余的是sleep5秒之后，进程退出，刷新缓冲区，才输出的。

由此可得，系统并没有为我们提供缓冲区，而C语言的函数，却有缓冲区，说明缓冲区是由语言提供的

C语言接口封装了write接口，C语言接口是数据是先放进缓冲区的，等到要刷新缓冲区时，再调用write函数

那么缓冲区到底在那？

缓冲区是语言提供的，这几个C语言接口有一个共同的参数：stdout，stdout是FILE*类型，FILE是C语言的文件类型，它是一个结构体，结构体中除了包含fd（文件描述符），还有一部分就是缓冲区。

那么我们的代码在执行时，会把数据先写入到FILE中的的缓冲区中，等待缓冲区积累到一定量时，在把缓冲区中的数据通过write(fd,……)刷新到内核空间中（因为打开文件，文件就会加载到内核空间中），再通过synfcs系统接口，把数据再刷新到硬件（这才真正把数据写入到磁盘中）

1

在刚刚说过，缓冲区在积累一定量时刷新，刷新策略是什么？

1. 常规

无缓冲（立即刷新）

行缓冲（逐行缓冲）显示器文件

全缓冲（缓冲区满，刷新）磁盘文件

2. 特殊

进程退出

用户强制刷新（fflush）

标准错误

标准错误的输出和标准输出的输出都为显示器，但是标准输出和标准错误的文件描述符不同，所以将标准输出重定向后，标准错误的输出依旧在显示器上

int main()
{
    //fopen: C库函数
    int fd = open("log.txt", O_RDONLY);//必定失败的
    //stdout
    printf("hello printf 1\n");
    fprintf(stdout, "hello fprintf 1\n");
    fputs("hello fputs 1\n", stdout);
    //stderr
    fprintf(stderr, "hello fprintf 2\n");
    fputs("hello fputs 2\n", stderr);
    perror("hello perror 2");
    //cout
    std::cout << "hello cout 1" << std::endl;
    //cerr
    std::cerr << "hello cerr 2" << std::endl;
    return 0;
}

重定向标准输出

重定向标准输出，标准错误到两个文件

重定向标准输出，标准错误到一个文件

./test > all.txt 2>&1		//先标准输出重定向，再把fd_array[]下标1中的内容拷贝到下标2中
    						//重定向 > 前不加数字，默认标准输出重定向