I/O关于文件描述符和文件流指针

标准库IO接口：

fopen fwrite fread fseek fclose

系统调用IO接口：

open write read lseek close

open –flag:

O_RDONLY O_WRONLY O_RDWR O_CREAT O_APPENO

文件描述符：

• 进程通过struct file 结构体来描述打开的文件—使用了struct file*
  fd——array[]。文件描述符就是这个数组的下标。

• 用户打开文件，操作系统通过file结构体描述文件，并且将指针添加进入fd_array中，向用户返回这个文件描述信息在数组中位置（下标），用户操作文件的时候将这个文件下标传递给操作系统，操作系统将通过下标找到文件描述信息进而操作文件。

• 在Linux系统中打开文件就会获得文件描述符，它是个很小的正整数。每个进程在PCB（Process Control Block）中保存着一份文件描述符表，文件描述符就是这个表的索引，每个表项都有一个指向已打开文件的指针，已打开的文件在内核中用file结构体表示，文件描述符表中的指针指向file结构体。
  
  

  进程的文件描述符是有上限的。
  文件描述符的分配规则：最小未使用原则

  默认从3开始—因为一个进程运行起来之后，默认会打开三个文件：
  

文件流指针和文件描述符有什么关系：

• 库函数的操作句柄是文件流指针
• 系统调用接口的句柄是文件描述符

（FILE*）文件指针：

文件指针指向进程用户区中一个被叫做FILE结构的结构数据。FILE结构包括一个缓冲区和一个文件描述符 。而文件描述符是文件描述符表的一个索引，因此从某种意义上说文件指针就是句柄的句柄（在Windows系统上，文件描述符被称作文件句柄）。 
通常，任何程序运行起来之后都会默认的打开三个标准输入流（stdin：键盘）,标准输出流（stdout：显示器），标准错误流（stderr：显示器）。

文件描述符与文件指针的区别

简单归纳：fd只是一个整数，在open时产生，起到一个索引的作用，进程通过PCB中的文件描述符表找到该fd所指向的文件指针file。 
open：文件描述符的操作（如：open）返回的是一个文件描述符（int fd），内核会在每个进程空间中维护一个文件描述符表，所有打开的文件都将通过，此表中的文件描述符来引用。 
fopen：流（如：fopen）返回的是一个文件指针（即指向FILE结构体的指针），FILE结构是包含有文件描述符的，fopen可以看做是open（fd直接操作的系统调用）的封装，它的优点是带有I/O缓存。

C语言的文件指针与文件描述符的相互转换可通过fdopen和fileno两个函数实现。它们都包含在头文件stdio.h中。
fdopen的原型：

FILE *fdopen(int filedes,const char *opentype);

第一个参数filedes是一个打开的文件描述符，opentype是表示打开方式的字符串，和fopen函数具有相同的取值，比如”w”或”w+”等。但是你必须保证该字符串的描述和文件实际的打开方式是匹配的。函数fopen()就是返回打开文件的指针；如果操作失败，返回空指针null。

把文件流指针转换成文件描述符用fileno函数，
其原型为:

int fileno(FILE *stream);

它返回的是和stream文件流对应的文件描述符。如果失败，返回-1；
当程序执行时，就已经有三个标准文件流打开了，它们分别是（标准输入）stdin，（标准输出）stdout，（标准错误输出）stderr，和流式文件相对应的是，也有三个文件描述符被预先占用（它们分别是：
0（(标准输入)stdin），1（(标准输出)stdout），2（(标准错误输)stderr））;

内核态和用户态的转化问题

• 用户态切换到内核态需要使用系统调用：如发起系统调用-write read

重定向：改变数据流向，将写入指定文件的数据，改变之后写入到了另一个文件。

重定向指的是描述符的重定向----因为描述符并没有改变，改变的是描述符所对应的文件信息。

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参考文章：
mm_hh:https://blog.csdn.net/mm_hh/article/details/71374474
琴酒网络：https://www.cnblogs.com/ginvip/p/6350222.html