【Linux】系统文件IO·文件描述符fd

2024-06-24 05:36
文章标签 系统文件 linux io fd 描述符

本文主要是介绍【Linux】系统文件IO·文件描述符fd，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前言

 C语言文件接口

 C 语言读写文件

1.C语言写入文件

2.C语言读取文件

stdin/stdout/stderr

系统文件IO

文件描述符fd：

文件描述符分配规则：

文件描述符fd：

前言

我们早在C语言中学习关于如何用代码来管理文件，比如文件的输入和文件的输出，一些文件的接口，如何深入学习文件的知识，在Linux下一切皆文件，今天我们探讨Linux的基础I/O。

1>文件=内容+属性

2>访问文件之前，都需要先打开文件，并且对文件的修改都是通过执行代码的方式完成的，文件必须加载到内存中

文件被访问被修改必须得在内存中完成，因为CPU只能访问内存，所以文件必须加载到内存中。 打开文件->文件被加载到内存中

3>文件由谁打开？ ->  由进程打开文件

4> 一个进程可以打开多个文件，由操作系统管理多个被打开的文件，那么这些文件是怎样被管理的：  先描述，再组织，内核中一定要有描述被打开文件的结构体，使用其定义对象

5>系统中不是所有的文件都被进程打开了， 没有被打开的文件就在磁盘中

 C语言文件接口

 C 语言读写文件

🗡文件操作：

    首先要打开文件：打开成功，返回文件指针；打开失败，返回NULL
    最后要关闭文件

🗡代码操作：

    FILE *fopen(const char *path, const char *mode);
    int fclose(FILE *fp);

fwritesize_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream )
fcloseint fclose ( FILE * stream );

1.C语言写入文件

int fputs(const char *s, FILE *stream); 
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

1. 如下，我们以"w"的方式打开文件，以"w"方式打开文件会先清空文件的内容然后再向文件写入内容。

#include <stdio.h>int main()
{FILE *fp=fopen("./log.txt","w");if(fp==NULL){perror("fopen");return 1;}fclose(fp);    return 0;
}

 

2. 我们使用"a"方式（append） 打开文件  "a"方式 是向文件的末尾追加内容

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main()
{FILE *fp = fopen("log.txt","a");if(fp == NULL){perror("fopen");return 1;}const char* s = "hello linux\n";fwrite(s,strlen(s),1,fp);return 0;	
}

2.C语言读取文件

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream); 
int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{FILE *fp = fopen("./log.txt","r");if(fp == NULL){perror("fopen");return 1;}char buffer[64];while(fgets(buffer,sizeof(buffer),fp)){printf("%s",buffer);}return 0;	
}

stdin/stdout/stderr

C默认会打开三个输入输出流，分别是

stdin       标准输入  键盘设备

stdout     标准输出  显示器设备

stderr      标准错误  显示器设备

仔细观察发现，这三个流的类型都是FILE*, fopen返回值类型，文件指针

 stdin、stdout、stderr 都可以直接使用，例如：

系统文件IO

上面的 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

访问文件不仅仅要有C语言上的文件接口，OS必须提供对应的访问文件的系统调用

man open查看

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

 参数：

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：

返回值：

成功：新打开的文件描述符

失败：-1

来看下面的例子 

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main()
{int fd = open("./log.txt",O_WRONLY | O_CREAT);if(fd < 0){printf("open error\n");// return 1;}close(fd);return 0;	
}

 

此时我们可以观察到 创建出来的文件的权限是乱的

这是因为，没有这个文件，要创建它，系统层面就必须指定权限是多少！我们采用权限设置的八进制方案

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main()
{int fd = open("./log.txt",O_WRONLY | O_CREAT,0644);if(fd < 0){printf("open error\n");return 1;}close(fd);return 0;	
}

 此时的权限就正常了。

其中我们发现,我们传入的flag为 O_WRONLY|O_CREAT,中间为什么要用|连接起来呢：

这是一种用户层给内核传递标志位的常用做法。int有32个bit位，一个bit代表一个标志，就可以传递多个标志位且位运算效率较高。这些O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR 都是只有一个比特位是1的数据，并且相互不重复，这样 |在一起，就能传递多个标志位。

看看下面这个例子

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>#define ONE 1
#define TWO (1<<1)
#define THREE (1<<2)
#define FOUR (1<<3)
#define FIVE (1<<4)void Print(int flag)
{if(flag & ONE ) printf("1\n");if(flag & TWO) printf("2\n");if(flag & THREE) printf("3\n");if(flag & FOUR) printf("4\n");if(flag & FIVE) printf("5\n");
}int main()
{Print(ONE);printf("------------\n");Print(TWO);printf("------------\n");Print(ONE|TWO);printf("------------\n");Print(THREE|FOUR|FIVE);printf("------------\n");Print(ONE|TWO|THREE|FOUR|FIVE);printf("------------\n");return 0;
}

 

文件描述符fd：

open函数的返回值是就是文件描述符，类型为int，下面我们来看看fd的值

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main()
{int fd1 = open("./log1.txt",O_WRONLY | O_CREAT, 0644);int fd2 = open("./log2.txt",O_WRONLY | O_CREAT, 0644);int fd3 = open("./log3.txt",O_WRONLY | O_CREAT, 0644);int fd4 = open("./log4.txt",O_WRONLY | O_CREAT, 0644);printf("fd:%d\n",fd1);printf("fd:%d\n",fd2);printf("fd:%d\n",fd3);printf("fd:%d\n",fd4);close(fd1);close(fd2);close(fd3);close(fd4);return 0;	
}

我们可以看到fd的值是从3开始的，一次打印出了3、4、5、6 那么前面的0，1，2去了哪里？

这时候我们想到了stdin，stdout，strerr ，当我们的程序运行起来变成进程，默认情况下，OS会帮助我们打开三个标准输入输出，012其实分别对应的就是标准输入stdin、标准输出stdout、标准错误stderr。对应硬件设备也是键盘、显示器、显示器。

0代表标准输入

1代表标准输出

2代表标准错误

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
int fd = open("myfile", O_RDONLY);
if(fd < 0){
perror("open");
return 1;
}
printf("fd: %d\n", fd);
close(fd);
return 0
}

此时输出结果为 fd：3

再关闭0或者2

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
close(0);
//close(2);
int fd = open("myfile", O_RDONLY);
if(fd < 0){
perror("open");
return 1;
}
printf("fd: %d\n", fd);
close(fd);
return 0;
}

得到的结果会是fd：0 或者fd：2

文件描述符分配规则：

这样文件描述符被分配为01234678… 这样从0开始，连续的整数。 并且会优先分配 最小的，未被使用过的。每次给新文件分配的fd，是从fd_array[]中找一个最小的、未被使用的作为新的fd。

    所有的文件操作都是进程执行对应的函数，即本质上是进程对文件的操作。

    如果一个文件没有被打开，这个文件是在磁盘上。如果我创建一个空文件，该文件也是要占用磁盘空间的，因为文件的属性早就存在了(包括名称、时间、类型、大小、权限、用户名所属组等等)，属性也是数据，所谓“空文件”是指文件内容为空。

即磁盘文件 = 文件内容 + 文件属性。事实上，我们之前所学的所有文件操作都可以分为两类：对文件内容的操作 + 对文件属性的操作(fseek、ftell、rewind、chmod、chgrp等等).

    要操作文件，必须打开文件(C语言fopen、C++打开流、系统上open)，本质上，就是文件相关的属性信息从磁盘加载到内存。

操作系统中存在大量进程，进程可以打开多个文件，即进程 : 文件 = 1 : n ，系统中可能存在着更多的打开的文件(暂时不考虑一个文件被多个进程打开的特殊情况)。那么，OS要不要把打开的文件在内存中(系统中)管理起来呢？那么就要上管理的六字真言：先描述，再组织！

    打开的这么多文件，怎么知道哪些是我们进程的呢？操作系统为了让进程和文件之间产生关联，进程在内核创建struct files_struct 的结构，这个结构包含了一个数组 struct file* fd_array[] ，也就是一个指针数组，把表述文件的结构体地址填入到特定下标中。

文件描述符fd：

此时我们cat命令查看log.txt文件，内容为空

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
int main()
{close(1);int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);printf("fd:%d\n",fd);return 0;
}

我们这段代码旨在打开log.txt文件，并且向显示器上打印fd的值。

但是我们执行程序之后，显示器上并没有出现我们期望的fd的值

反而我们cat 一下log.txt，发现fd的值竟然打印在了log.txt文件中

 首先分析一下fd的值， 我们关闭了"1" 此时1 就是最小的且未被使用的，所以此时open的返回值是1；

对于本应打印在显示器上的值打印在文件中这件事情，printf底层封装了一些write，stdout等

此时传给printf的fd为1，那么将 文件描述符1 传递给进程后，进程就开始向log.txt文件中打印信息

同时我们也知道了 printf底层是在向标准输出(stdout)打印

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
stdout -> FIEL{fileno = 1} -> log.txt// stdout只认识1，只对1输入输出

extern  ：  dup2

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd); //oldfd->newfd
dup2() makes newfd be the copy of oldfd, closing newfd first if necessary, but note the following:
*  If oldfd is not a valid file descriptor, then the call fails, and newfd is not closed.
*  If oldfd is a valid file descriptor, and newfd has the same value as oldfd, then dup2() does nothing, and returns newfd.

拷贝的是fd对应内容，最终相当于全部变成old. 

这篇关于【Linux】系统文件IO·文件描述符fd的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1089300。

相关文章

linux生产者，消费者问题

linux生产者，消费者问题

pthread_cond_wait() ：用于阻塞当前线程，等待别的线程使用pthread_cond_signal()或pthread_cond_broadcast来唤醒它。 pthread_cond_wait() 必须与pthread_mutex 配套使用。pthread_cond_wait()函数一进入wait状态就会自动release mutex。当其他线程通过pthread
阅读更多...
Linux 安装、配置Tomcat 的HTTPS

Linux 安装、配置Tomcat 的HTTPS

Linux 安装 、配置Tomcat的HTTPS 安装Tomcat 这里选择的是 tomcat 10.X ,需要Java 11及更高版本 Binary Distributions ->Core->选择 tar.gz包 下载、上传到内网服务器 /opt 目录tar -xzf 解压将解压的根目录改名为 tomat-10 并移动到 /opt 下, 形成个人习惯的路径 /opt/tomcat-10
阅读更多...
RedHat运维-Linux文本操作基础-AWK进阶

RedHat运维-Linux文本操作基础-AWK进阶

你不用整理，跟着敲一遍，有个印象，然后把它保存到本地，以后要用再去看，如果有了新东西，你自个再添加。这是我参考牛客上的shell编程专项题，只不过换成了问答的方式而已。不用背，就算是我自己亲自敲，我现在好多也记不住。 1. 输出nowcoder.txt文件第5行的内容 2. 输出nowcoder.txt文件第6行的内容 3. 输出nowcoder.txt文件第7行的内容 4. 输出nowcode
阅读更多...
【Linux进阶】UNIX体系结构分解——操作系统，内核，shell

【Linux进阶】UNIX体系结构分解——操作系统，内核，shell

1.什么是操作系统？ 从严格意义上说，可将操作系统定义为一种软件，它控制计算机硬件资源，提供程序运行环境。我们通常将这种软件称为内核（kerel)，因为它相对较小，而且位于环境的核心。  从广义上说，操作系统包括了内核和一些其他软件，这些软件使得计算机能够发挥作用，并使计算机具有自己的特生。这里所说的其他软件包括系统实用程序（system utility）、应用程序、shell以及公用函数库等
阅读更多...
Windows/macOS/Linux 安装 Redis 和 Redis Desktop Manager 可视化工具

Windows/macOS/Linux 安装 Redis 和 Redis Desktop Manager 可视化工具

本文所有安装都在macOS High Sierra 10.13.4进行，Windows安装相对容易些，Linux安装与macOS类似，文中会做区分讲解 1. Redis安装 1.下载Redis https://redis.io/download 把下载的源码更名为redis-4.0.9-source，我喜欢跟maven、Tomcat放在一起，就放到/Users/zhan/Documents
阅读更多...
Linux系统稳定性的奥秘：探究其背后的机制与哲学

Linux系统稳定性的奥秘：探究其背后的机制与哲学

在计算机操作系统的世界里，Linux以其卓越的稳定性和可靠性著称，成为服务器、嵌入式系统乃至个人电脑用户的首选。那么，是什么造就了Linux如此之高的稳定性呢？本文将深入解析Linux系统稳定性的几个关键因素，揭示其背后的技术哲学与实践。 1. 开源协作的力量Linux是一个开源项目，意味着任何人都可以查看、修改和贡献其源代码。这种开放性吸引了全球成千上万的开发者参与到内核的维护与优化中，形成了
阅读更多...
VirtualBox中，虚拟系统文件VDI移动或者复制

VirtualBox中，虚拟系统文件VDI移动或者复制

在安装virtualbox以后有时需要复制，移动虚拟磁盘等操作，这些操作在vmware的虚拟机下面可以直接操作虚拟磁盘即可使用，但是在virtualbox环境 下每个VDI 文件都有一个唯一的uuid，而VirtualBox 不允许注册重复的uuid，所以直接复制的VDI文件是不能拿来使用的，我们就需要使用到virtualbox自带的管理命令来克隆一个VDI，这样通过命令克隆的VDI文件会重
阅读更多...
Linux 下的Vim命令宝贝

Linux 下的Vim命令宝贝

vim 命令详解（转自：https://www.cnblogs.com/usergaojie/p/4583796.html） vi: Visual Interface 可视化接口 vim: VI iMproved VI增强版 全屏编辑器，模式化编辑器 vim模式： 编辑模式(命令模式)输入模式末行模式 模式转换： 编辑-->输入： i: 在当前光标所在字符的前面，转为输入模式
阅读更多...
Linux和Mac分卷压缩

Linux和Mac分卷压缩

使用 zip 命令压缩文件 使用 zip 命令压缩文件，并结合 split 命令来分卷： zip - largefile | split -b 500k 举例： zip - ./tomcat.dmg |split -b 500k 上述命令将文件 largefile 压缩成 zip 包并分卷成不超过 500k 的文件，分解后文件名默认是 x* ，后缀为 2 位a-z 字母，如 aa、ab。
阅读更多...
Linux文本三剑客sed

Linux文本三剑客sed

sed和awk grep就是查找文本当中的内容，最强大的功能就是使用扩展正则表达式 sed sed是一种流编辑器，一次处理一行内容。 如果只是展示，会放在缓冲区（模式空间），展示结束后，会从模式空间把结果删除 一行行处理，处理完当前行，才会处理下一行。直到文件的末尾。 sed的命令格式和操作选项： sed -e '操作符 ' -e '操作符' 文件1 文件2 -e表示可以跟多个操作
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2