在linux底层环境下理解重定向的本质和缓冲区是什么

目录

重定向的本质

1.重定向的现象

2.dup2接口

3.追加重定向

4.输出重定向  

缓冲区

1.缓冲区是什么

---

重定向的本质

1.重定向的现象

        首先写一段代码展现出重定向的现象。

  1 #include  
  2 #include 
  3 #include 
  4 #include 
  5 #include 
  6 
  7 int main()
  8 {
  9   int fd = open("test.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);
 10   
 11   if(fd < 0)                                                                                           
 12   {                
 13     perror("open");
 14     return 1;
 15   }
 16                                                       
 17   fprintf(stdout,"打开成功，我的文件描述符是%d\n",fd);
 18                                                       
 19   close(fd);
 20             
 21   return 0;
 22 }

        我们都知道文件描述符的规则，不晓得的可以去看一眼我上一篇博客。将最小的没使用的数组下标，分配给文件，所以我们这时的fd（文件描述符）是3，因为我目前只打开了一个文件。

        我们这时可以关闭stdin（fd=0）这个文件，则给我们的test.txt分配的fd则是0，这毋庸置疑。 

         那我们这时关闭stdout（fd=1）这个文件，那么显示器上输出什么呢？还会不会是“打开成功，我的文件描述符是1”。 

结果：

        为什么什么都没打印？原先我的文件stdout作为标准输出fd是指向显示器的，我把fd这时关了，将它分给了新的文件，那么这时的fprintf会将输出到显示器的内容输出到了文件内，看看我们的分析对不对。

        为什么文件里还没有？完蛋讲错了？

         我们可以刷新一下缓冲区，神奇的结果出来咯。至于为什么呢，下面讲到缓冲区时会讲到。

        这种往一个地方打印输出，最终变成朝指定文件打印的现象，不就是重定向嘛。

        我们都知道stdout是个FILE*的指针指向一个struct FILE，这个结构体其中封装了fd（1），我们这时只改变了fd（1）的所属，它变成了另外一个文件的文件描述符。也就是上层只关注文件描述符，只通过文件描述符（0，1，2，3，4，5...）进行文件操作，不管下层指向的文件是什么。所以，我们如果要进行重定向，我们可以通过os中某种接口调整fd指向的文件，就可以完成重定向。

2.dup2接口

        我们来见识一下这个接口。

 作用：

        让新的fd成为旧的fd的copy，如果必要的话可以先把新的fd关了，但是注意以下情况：如果旧的fd不是有效的文件描述符，这个调用将会失效，新的fd将会被关闭。如果旧的fd是有效的文件描述符，新的fd和旧的fd如果值相同，这个函数将什么也不做，返回新的fd。

         我们想让输出到显示器的内容输出到test.txt中，怎么去使用dup2这个函数，究竟谁是newfd谁是oldfd呢？

        可以这样理解，既然是拷贝（注意这里的拷贝不单单是两个数来拷贝而是fd对应文件关系的拷贝），那么我想让这俩fd都指向文件，也就是1作为newfd来拷贝oldfd，fd就是oldfd，所以就要这样传参：

dup2(fd,1);

代码如下：

结果：而且我们的文件描述符也为3了，注意我们现在没有close（1）。

        这样也能重定向，总之不要管什么newfd和oldfd，重定向的去向放第一个参数，被改变的放第二个参数。

3.追加重定向

        至于追加重定向更简单，在open时，传标记位时传

int fd = open("test.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,0666);

        再运行时就是追加重定向了。 

4.输出重定向  

       至于输出重定向呢，我们要从test.txt中读数据，所以dup2（）中应该传fd，0

  9 int main()
 10 {
 11   int fd = open("test.txt",O_RDWR);
 13   if(fd < 0)
 14   {
 15     perror("open");
 16     return 1;
 17   }
 18   dup2(fd,0);
 19
 23   char a[128];
 24   while(fgets(a,sizeof(a),stdin) != NULL)
 25   {
 26     printf("%s",a);
 27   }
 28 
 29   fflush(stdout);                                                                                                                        
 31   close(fd);
 33   return 0;
 34 }

 结果如此：

缓冲区

1.缓冲区是什么

        缓冲区的本质就是一段内存，用来存储将要输出的内容。

2.缓冲区出现的原因

①解放使用了缓冲区的进程的时间。这个进程在cpu中进行读写操作时，要输出到对应硬件，需要去等待硬件，这个时间取决于这个硬件是否已经完成上一个任务，这个时间损耗是不可估量的。现在有了缓冲区，可以先将数据存到缓冲器中，进程可以继续运行下去，不用等待，等待缓冲区满了或者刷新了缓冲区就能输入到对应的硬件。

②减少对硬件的操作次数

3.缓冲区在哪儿

        先写段代码验证一下缓冲区在哪里

 

  1 #include   
  2 #include   
  3 #include   
  4 #include   
  5 #include   
  6 #include   
  7   
  8   
  9 int main()  
 10 {  
 11   printf("我是printf\n");//默认输出到显示器 std->1  
 12                                                                                                                                          
 13   const char * inform = "我是write\n";
 14   write(1,inform,strlen(inform));
 15   sleep(5);
 16 } 

        那我们把printf中的\n去掉会如何呢？

printf("我是printf");

        为什么呢？为什么\n一没有，write先打印呢？printf在其后打印。 

        难道是write带了\n的缘故？ 我们去掉试一下。注意“我是write”打印完之后，等待了5秒之后，“我是printf”才打印出来。说明进程结束了，“我是printf”才打印出来。

        我都知道printf是封装了write的c语言函数，write立马打印，而封装了printf的函数没有立马打印，说明什么？这个缓冲区肯定不在wirte中，因为write直接打印无论带没带\n，而只有printf带了\n才能立马打印出来，不带\n刷新不了缓冲区才在程序结束后缓冲区刷新随后打印出“我是printf”。

        证明了什么？缓冲区不在内核（系统）层面（write是系统提供的接口），而在printf所在的语言层面。缓冲区只是C语言提供的。

        printf  fprintf  fputs 都是输出到stdout中，而stdout是个FILE*指针指向FILE结构体，这个结构体里就要我们要的缓冲区。

        既然缓冲区在struct里是否跟fd没关系，我们在刷新之前将fd关闭，会出现什么情况呢？

结果： 

 

        证明同一个结构体中的fd和缓冲区有关联 ，证明了我们上文的一个问题。我们上文在close（fd）之前就要刷新缓冲区，是因为缓冲区与fd有关，关闭了fd系统访问不到对应的缓冲区。