Linux文件:重定向底层实现原理(输入重定向、输出重定向、追加重定向)

2024-05-16 00:36

本文主要是介绍Linux文件:重定向底层实现原理(输入重定向、输出重定向、追加重定向),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!

Linux文件:重定向底层实现原理(输入重定向、输出重定向、追加重定向)

  • 前言
  • 一、文件描述符fd的分配规则
  • 二、输出重定向(>)
  • 三、输出重定向底层实现原理
  • 四、追加重定向(>>)
  • 五、输入重定向(<)
  • 六、系统调用dup2
  • 七、标准错误stderr存在意义

前言

 在Linux中,操作系统会为每一个文件创建对应的描述结构体对象struct file。该结构体中一定存在3个部分:打开文件的所有属性、文件的操作集、文件缓冲区(内存)。其中由于冯诺依曼体系决定了,无论对文件进行读操作还是写操作,都需要先将数据加载到文件缓存区

 我们在应用层进行对数据读写的操作本质上是用户缓冲区和内核数据缓冲区之间的相互拷贝!!!

一、文件描述符fd的分配规则

  1. 默认情况下,进程会默认打开3个文件:标准输入、标准输出、标准错误。
  2. 文件描述符的分配规制是:从上往下遍历查找最小的、未被使用的分别个新的文件!

二、输出重定向(>)

 下面我们将标准输出文件关闭,然后创建新的文件;并向新的文件中输出一些信息。

int main()
{close(1); //将标准输出文件显示器关闭int fd = open("log.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);//新创建文件,fd分配为1    if(fd < 0)    {    perror("open");    return 1;                                                         }    printf("what will happen\n");    return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 我们将stdout关闭后,根据文件描述符的分配规则,新创建的文件fd为1。
  • 我们观察结果发现,原本应该向显示器打印的消息直接向新创建的文件中写入。我们将这种现象称为输出重定向>!!

三、输出重定向底层实现原理

 在C中,printf函数只能向标准输出文件中输出消息,更准确的说:printf只认文件描述符为1对应的文件

 当我们关闭标准输出后,新创建的文件所分别的文件描述符fd为1。此时文件描述符表中,下标为1的数组内容由标准输出替换为新打开的文件log.txt。此时我们调用printf输出消息时,变为向log.txt文件中写入!!

所有重定向的本质就是修改特定文件fd的下标内容!!上层fd不变,下层fd指向的内容发生改变!
在这里插入图片描述

四、追加重定向(>>)

 追加重定向和输出重定向基本相同,主要在于新创建文件的打开方式从w改为a。在底层上和输出重定向一样,都是将fd为1的下标内容替换为新文件即可!!!

int main()
{close(1); //将标准输出文件显示器关闭int fd = open("log.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND, 0666);//新创建文件,fd分配为1    if(fd < 0)    {    perror("open");    return 1;                                                         }    printf("what will happen\n");    return 0;
}

在这里插入图片描述

五、输入重定向(<)

 输入重定向<本质就是将待重定的文件内容替换到fd为0的下标位置。此时我们熟悉的scanf、fputs等函数读取方式会从键盘转变为新文件。即直接读取新文件中的内容

int main()
{close(0);   //将显示器关闭                                                          int fd = open("log.txt", O_RDONLY); //新创建文件fd为0if(fd < 0)    {    perror("open");    return 1;    }    char buffer[1024];    fread(buffer, 1, 1024, stdin);//从文件log.txt中读写信息    printf("stdin->fd:%d, %s\n", stdin->_fileno, buffer); return 0;
}

在这里插入图片描述

  • 在上述代码执行过程中,没有出现光标等待我们从键盘上输入信息,而是直接将log.txt中的信息输出,进一步说明了fd为0的下标内容被替换。

六、系统调用dup2

 上述进行重定向时时进行的fd指向的内容替换,都需要我们手动先将对应的1、2、3号文件关闭,非常麻烦!为此,系统中提供了相关的系统调用接口:dup2

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);//These system calls create a copy of the file descriptor oldfd

【实例】:

int main()
{int fd = open("log.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);dup2(fd, 1);printf("this is log.txt test\n");  return 0;
}

在这里插入图片描述

七、标准错误stderr存在意义

 标准输出和标准错误都是向显示器上打印信息。既然都是向同一个硬件进行写入,为什么还需要标准错误的存在?

 在项目实际运行过程中,bug是不可避免的。所以在日志中会记录很多正确信息和错误信息。而stderr存在的意义是将两者信息分开,将所有的错误信息全部写入标准错误文件中,从而降低排除的成本!!

【实例】:

  • 下面我们通过输出hello stdinhello Stderr来模拟日志中的正确信息和错误错误信息!
int main()
{fprintf(stdout, "hello stdin\n");                                                       fprintf(stderr, "hello Stderr\n");}

我们情况下,两者都在显示器上直接输出

在这里插入图片描述


我们也可以通过替换fd=1fd=2的下标对应文件,来将两者信息分开,分别向两个文件中写入
在这里插入图片描述

  1. 我们也可以将两种信息全部打印到同一个文件中:1>log.txt 2>&1。 这段代码的意思是先用log.txt文件fd中的内容替换fd=1下标中的内容,然后&1获得下标fd=1中保存的数据(即指向log.txt),最后将fd=2对应的内容用fd=1中的内容替换!!即fd=1fd=2都指向了log.txt文件。
  2. 前面讲述的输入重定向、输出重定向、追加重定向都是简写的,原始版本应该和上面重定向一样,加上对应的fd。例如输出重定向./myfile > log.txt./myfile 1 > log.txt简写。

这篇关于Linux文件:重定向底层实现原理(输入重定向、输出重定向、追加重定向)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/993374

相关文章

Python实现终端清屏的几种方式详解

《Python实现终端清屏的几种方式详解》在使用Python进行终端交互式编程时,我们经常需要清空当前终端屏幕的内容,本文为大家整理了几种常见的实现方法,有需要的小伙伴可以参考下... 目录方法一:使用 `os` 模块调用系统命令方法二:使用 `subprocess` 模块执行命令方法三:打印多个换行符模拟

SpringBoot+EasyPOI轻松实现Excel和Word导出PDF

《SpringBoot+EasyPOI轻松实现Excel和Word导出PDF》在企业级开发中,将Excel和Word文档导出为PDF是常见需求,本文将结合​​EasyPOI和​​Aspose系列工具实... 目录一、环境准备与依赖配置1.1 方案选型1.2 依赖配置(商业库方案)二、Excel 导出 PDF

Python实现MQTT通信的示例代码

《Python实现MQTT通信的示例代码》本文主要介绍了Python实现MQTT通信的示例代码,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一... 目录1. 安装paho-mqtt库‌2. 搭建MQTT代理服务器(Broker)‌‌3. pytho

使用zip4j实现Java中的ZIP文件加密压缩的操作方法

《使用zip4j实现Java中的ZIP文件加密压缩的操作方法》本文介绍如何通过Maven集成zip4j1.3.2库创建带密码保护的ZIP文件,涵盖依赖配置、代码示例及加密原理,确保数据安全性,感兴趣的... 目录1. zip4j库介绍和版本1.1 zip4j库概述1.2 zip4j的版本演变1.3 zip4

python生成随机唯一id的几种实现方法

《python生成随机唯一id的几种实现方法》在Python中生成随机唯一ID有多种方法,根据不同的需求场景可以选择最适合的方案,文中通过示例代码介绍的非常详细,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习... 目录方法 1:使用 UUID 模块(推荐)方法 2:使用 Secrets 模块(安全敏感场景)方法

Spring StateMachine实现状态机使用示例详解

《SpringStateMachine实现状态机使用示例详解》本文介绍SpringStateMachine实现状态机的步骤,包括依赖导入、枚举定义、状态转移规则配置、上下文管理及服务调用示例,重点解... 目录什么是状态机使用示例什么是状态机状态机是计算机科学中的​​核心建模工具​​,用于描述对象在其生命

Spring Boot 结合 WxJava 实现文章上传微信公众号草稿箱与群发

《SpringBoot结合WxJava实现文章上传微信公众号草稿箱与群发》本文将详细介绍如何使用SpringBoot框架结合WxJava开发工具包,实现文章上传到微信公众号草稿箱以及群发功能,... 目录一、项目环境准备1.1 开发环境1.2 微信公众号准备二、Spring Boot 项目搭建2.1 创建

Linux进程CPU绑定优化与实践过程

《Linux进程CPU绑定优化与实践过程》Linux支持进程绑定至特定CPU核心,通过sched_setaffinity系统调用和taskset工具实现,优化缓存效率与上下文切换,提升多核计算性能,适... 目录1. 多核处理器及并行计算概念1.1 多核处理器架构概述1.2 并行计算的含义及重要性1.3 并

IntelliJ IDEA2025创建SpringBoot项目的实现步骤

《IntelliJIDEA2025创建SpringBoot项目的实现步骤》本文主要介绍了IntelliJIDEA2025创建SpringBoot项目的实现步骤,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家... 目录一、创建 Spring Boot 项目1. 新建项目2. 基础配置3. 选择依赖4. 生成项目5.

Linux线程之线程的创建、属性、回收、退出、取消方式

《Linux线程之线程的创建、属性、回收、退出、取消方式》文章总结了线程管理核心知识:线程号唯一、创建方式、属性设置(如分离状态与栈大小)、回收机制(join/detach)、退出方法(返回/pthr... 目录1. 线程号2. 线程的创建3. 线程属性4. 线程的回收5. 线程的退出6. 线程的取消7.