Linux：带你理解文件描述符和重定向

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文件描述符fd

文件描述符就是内核中 struct file* fd_array[]数组的下标，进程可以通过这个下标找到文件的描述信息，进而操作文件。

文件描述符（0 & 1 & 2）

• Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符，分别是标准输入0（stdin）， 标准输出1（stdout）， 标准错误2（stderr）
• 0,1,2对应的物理设备一般是:键盘，显示器，显示器。所以输入输出还可以采用如下方式:

#include  
#include  
#include  
#include  
#include 

int main() {
    char buf[1024];
    ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf));
    
    if(s > 0){
        buf[s] = 0;
        write(1, buf, strlen(buf));
        write(2, buf, strlen(buf));
	}
	return 0; 
}

pcb ->files_struct ->fd_arry[]

而现在知道，文件描述符就是从0开始的小整数。当我们打开文件时，操作系统在内存中要创建相应的数据结构来描述目标文件。于是就有了file结构体。表示一个已经打开的文件对象。而进程执行open系统调用，所以必须让进程和文件关联起来。每个进程都有一个指针*files, 指向一张表files_struct,该表最重要的部分就是包涵一个指针数组，每个元素都是一个指向打开文件的指针!所以，本质上，文件描述符就是该数组的下标。所以，只要拿着文件描述符，就可以找到对应的文件

文件描述符的分配规则

最小未使用

代码示例：

#include 
#include  
#include  
#include 

int main() {
    int fd = open("myfile", O_RDONLY);
    if(fd < 0){
        perror("open err");
		return 1; 
	}
    printf("fd: %d\n", fd);
    
	close(fd);
	return 0; 
}

输出发现是 fd: 3

关闭0或者2，在看

#include  
#include  
#include  
#include 

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; 
}

发现是结果是: fd: 0 或者 fd: 2

文件描述符的分配规则:在files_struct数组当中，找到当前没有被使用的最小的一个下标，作为新的文件描述符。

注意：

1. 为什么打开一个文件，如果不操作了一定要关闭，释放资源？

文件描述符实际是有限的，若不关闭文件，文件描述符被用光了，就打不开新文件了

2. printf打印数据到标准输出，close(1),就是把标准输出关闭了；打开新的文件后，printf并没有把数据打印出来，而是在刷新缓冲区之后，将数据写入到了文件中！

• printf并非真的一定要把数据写入到标准输出文件，而是因为printf函数中操作文件的时候描述符是1
• 原本向1中写入数据，就是向标准输出写入，然后当1指向了新的文件后，这时候printf就会将数据写入到指定新的文件中

3. 在写入文件的时候：

• 向文件写入数据，并不会直接写入文件，而是先写入缓冲区中，刷新缓冲区的时候才会写入文件
• 系统调用接口是直接将数据写入文件的，系统调用接口是没有缓冲区,只有库函数才存在这个缓冲区
• 缓冲区实际上是文件流指针结构体中的缓冲区

文件流指针和文件描述符的关系

1. 文件描述符：是一个非负整数
   文件流指针：FILE结构体 - - typedef struct _IO_FILE FILE

2. 文件流指针是库函数IO接口的操作句柄
   文件描述符是系统调用IO接口的操作句柄

3. 文件流指针这个结构体中封装了文件描述符

4. 通过文件流指针进行最终文件操作的时候，依然还要能够找到文件对应的文件描述符才可以

5. 文件流指针是一个结构体，结构体中有很多成员变量，其中就有一个叫 _fileno （这是文件描述符）

重定向

那如果关闭1呢?看代码:

#include  
#include  
#include  
#include 
#include 

int main() {
    close(1);
   	int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 00644);
   	if(fd < 0){
    	perror("open err");
		return 1; 
	}
    printf("fd: %d\n", fd);
    fflush(stdout);
    
    close(fd);
    exit(0);
}

此时，我们发现，本来应该输出到显示器上的内容，输出到了文件 myfile 当中，其中，fd=1。这种现象叫做输出重定向。

常见的输出重定向

有：> (清空重定向)；>> (追加重定向)

符号	作用
命令 > 文件	将标准输出重定向到文件中（清除原有文件中的数据）
命令 >> 文件	将标准输出重定向到文件中（在原有的内容后追加）

重定向的本质

针对文件描述符所对应的文件描述信息的重定向:

• 操作的文件描述符/文件流指针并没有改变，但是实际操作的文件却改变了

• 实现方式就是替换这个描述符对应的文件描述信息

• 实际是描述符的重定向，改变描述符所指向的文件，就改变了数据的流向

使用 dup2 系统调用

int dup2(int oldfd, int newfd); - 描述符重定向函数

• 让newfd这个描述符也指向oldfd所指向的文件，这时候oldfd和newfd都能够操作oldfd所指向的文件,两个描述符操作的都是oldfd指向的信息
• 因为newfd本身有可能已经打开了文件，但是现在要让它保存oldfd指向的信息，因此就需要先释放掉newfd当前的信息

第一行 >/dev/null , 2>&1 这两个重定向交换位置的意义不同！

相关习题

1. 一个进程如何从用户态切换到内核态运行？

答案：系统调用接口，异常，中断

2. 6.在bash中，在一条命令后加入”1>&2”意味着

A 标准输出重定向到标准错误输出
B 标准输入重定向到标准错误输出
C 标准输出重定向到标准输入
D 标准错误输出重定向到标准输入

正确答案: A

答案解析：
0 ,1,2叫文件描述符；Linux中，每打开一个文件都有一个小的整数与之对应，就是文件描述符！
0 是标准输入的 （stdin）
1 是标准输出的 （stdout）
2 是标准报错输出的 （stderr）
'<'是输入重定向符
‘>’是输出重定向符

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