＜Linux＞基础IO_文件描述符
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一、预备知识
为什么没有听系统过文件接口？
Linux认为一切皆文件
现在我们谈谈什么叫文件？
二、复习C接口
什么叫做当前路径？
直接使用系统接口
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
int close(int fd);
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
分析系统接口的细节，引入fd(文件描述符)
周边文件（fd的理解，fd和FILE关系，fd分配规则,fd和重定向,缓冲区？.....）
那么fd到底是什么呢？
一、预备知识
- 文件 = 内容 + 属性
- 对文件的操作类别：对内容，对属性
- 文件存放在磁盘中，如果我们想要访问文件需要经过：写代码->编译->生成.exe文件->运行->访问文件,这些过程，那么有一个问题，本质到底是谁在访问文件呢？
答案：是进程在访问文件
如果我们想要访问文件，那么本质就是需要我们去操作硬件，去实现硬件的IO操作，但是我们用户是没有权限去直接操作硬件的，我们只能通过操作系统提供的系统接口，通过这些接口去告诉操作系统我们想要做什么，从而间接的访问硬件进行文件的写入等操作。
那么用户去请求是通过什么方式去向操作系统沟通的呢？是程序吗？显然不是的，程序在我们写的时候，是写在磁盘上的，在程序没有运行起来时，就是一堆没有用的数据，只有我们将程序生成的可执行程序运行起来的时候，OS会在内存中创建一个进程，这个进程是动起来的，而我们写的程序是在进程创建成功后才有效，所以本质是进程通过去调用系统接口去访问的文件。
为什么没有听系统过文件接口？
上面我们会涉及文件类的系统调用接口，但是我们之前学习语言的时候，是没有听过这些接口的？为什么呢？
- 系统调用接口比较难
- 跨平台性
比较难：语言对这些系统接口进行了封装，为了让接口更好用，但同时也导致了不同的语言，有不同语言级别的文件访问方式，但是封装的都是系统接口，所以我们为什么要学习操作系统层面的文件系统接口？因为这样的OS接口只有一套！！
跨平台性：如果语言不提供对文件的系统接口封装，那么所有的文件操作就都必须只能使用系统接口，但是这样的接口只适用于一种操作系统，一旦使用操作系统编写代码，那么这个进程就无法在其他平台正常运行了！语言是如何实现跨平台性的呢？很简单粗暴，直接将所有平台的代码都实现了一遍，再用条件编译，动态裁剪；
显示器是硬件吗？
printf向显示器打印的时候，为什么没有觉得奇怪呢？其实向显示器打印的过程也是一种写入，和磁盘写入到文件没有本质的区别！
Linux认为一切皆文件
我们可以感性的认识一下：
曾经的文件：read、write
显示器：printf、cout -> 本质是一种write
键盘：scanf、cin -> 本质一种read
现在我们谈谈什么叫文件？
站在系统的角度，能够input读取，或者能够被output写入的设备就叫做文件！
狭义文件:普通的磁盘文件；
广义文件：磁盘、显示器、网卡、显卡、....几乎所有的外设，都可以称之为文件！
二、复习C接口
-
什么叫做当前路径？
进程运行时，会记录当前的工作目录！
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直接使用系统接口
C库函数：fopen、fread、fwrite、fclose
系统调用：open、read、write、close
C文件函数：(54条消息) 【C语言】文件操作详解_绅士·永的博客-CSDN博客
系统调用：
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
当 open() 调用 成功, 它会 返回 一个 新的 文件描述符 (永远取未用 描述符的 最小值). 这个调用 创建 一个 新的 打开文件, 即 分配 一个 新的 独一无 二的 文件描述符, 不会与 运行中的 任何 其他程序 共享 (但 可以 通过 fork (2) 系统调用 实现 共享)
flags标志位：
如何给函数传递标志位！如果学过STM32固件库的GPIO_Pin_x的初始化操作，其实就是那个参数传递的过程；
O_WRONLY：文件只写
O_RDONLY：文件只读
O_TRUNC: 清空文件内容
O_APPEND：文件 以 追加 模式 打开
O_CREAT:若文件 不存在 将 创建 一个 新 文件
mode:权限设置，普通文件设置为0666；
//以读的方式打开文件，并且清空文件
int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_TRUNC | O_CREAT, 0666);
15 if (fd < 0)
16 {
17 perror("open");
18 return 1;
19 }
int close(int fd);
关闭 一个 文件 描述符 , 使它 不在 指向 任何 文件 和 可以 在 新的 文件 操作 中 被 再次 使用.
int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_TRUNC | O_CREAT, 0666);
15 if (fd < 0)
16 {
17 perror("open");
18 return 1;
19 }
20
21 dup2(fd, 1);//这里做了一个重定向的操作，可以不用管它
22 fprintf(stdout, "%s\n", argv[1]); //stdout -> 1 -> 显示器
23
24 close(fd);//关闭文件ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
从文件描述符 fd 中读取 count 字节的数据并放入从 buf 开始的缓冲区中.
如果 count 为零,read()返回0,不执行其他任何操作. 如果 count 大于SSIZE_MAX,那么结果将不可预料.
33 char buffer[64];
34 memset(buffer, '\0', sizeof(buffer));
35 read(fd, buffer, sizeof(buffer))；//将文件的内容读取到buffer中去ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
向文件描述符 fd 所引用的文件中写入 从 buf 开始的缓冲区中 count 字节的数据
总结：我们在应用层看到的一个简单的动作，在系统接口层面甚至可能OS层面，可能做了非常多的事情
-
分析系统接口的细节，引入fd(文件描述符)
int fd1 = open("log.txt", O_RDONLY, 0666);// rw-rw-rw-
16 printf("open success, fd1:%d\n", fd1);
17 int fd2 = open("log.txt", O_RDONLY, 0666);// rw-rw-rw-
18 printf("open success, fd2:%d\n", fd2);
19 int fd3 = open("log.txt", O_RDONLY, 0666);// rw-rw-rw-
20 printf("open success, fd3:%d\n", fd3);
21 int fd4 = open("log.txt", O_RDONLY, 0666);// rw-rw-rw-
22 printf("open success, fd4:%d\n", fd4);
上面的代码如何理解？0，1，2去哪了呢？
程序在运行时，会默认打开3个流
stdin(标准输入流)：0
stdout(标准输出流)：1
stderr(标准错误流：2
那么FILE又是什么鬼呢？FILE是一个结构体！是由C语言提供封装的；并且在FILE结构体种一定是封装了fd的，即站在系统的角度，是只认识fd的！
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周边文件（fd的理解，fd和FILE关系，fd分配规则,fd和重定向,缓冲区？.....）
文件：
1.被进程打开的文件
2.没有被进程打开的文件（磁盘上，文件 = 内容 + 属性）
那么fd到底是什么呢？
进程要访问文件，必须先打开文件，一个进程是可以打开多个文件的，并且文件要被访问，前提是加载到内存中才能被直接访问！！而且如果多个进程都要打开自己的文件，那么OS就需要将这些大量的打开文件管理起来，那么是如何管理的呢？模式是先描述，在组织！！
那么在内核中，如何看待被打开的文件？OS内部为了管理每一个被打开的文件，构建了了一个struct file结构体：文件对象很多是用双链表组织起来的；
文件对象里包含了文件的所有内容；
过程：可执行程序运行加载到内存时，OS创建一个该进程对应的PCB结构体，该结构体中有一个struct file结构体的指针，其指向了一个struct file的数组，每打开一个文件，这个数组就会增加1，fd就是struct file文件对象对应的在这个数组的下标，通过这个fd下标就可以访问该fd对应的文件。
我们可以解释一下程序运行时打开的三个流
struct file[0]：对应的是stdin
struct file[1]：对应的是stdout
struct file[2]：对应的是stderr
总结：fd在内核中，本质就是一个数组下标！！