文件fd【Linux系统编程】

本文是基础IO的第一个部分，基础IO部分将主要讲解以下内容：文件fd 文件系统 软硬链接 操作系统的内存管理 以及 动静态库。本节重点讲解文件fd，其余内容将在后面的博客更新。

一、共识

文件 = 内容 + 属性

文件分为打开了的文件和没打开的文件。

打开的文件：谁打开？进程 （本质是研究进程和文件的关系）

没打开的文件：磁盘里，很多，如何存储？------>快速增删查改。

本节重点讨论打开的文件！

文件被打开，必须先加载到内存，且是其属性先加载到内存，一个进程可以打开多个文件。

操作系统内，一定存在着大量被打开的文件，要对他们进行管理：先描述，再组织！

此时对文件的管理，就转换成对链表的增删查改。

目录

一、共识

二、C文件接口

三、过渡到系统，认识文件系统调用

四、访问文件的本质

五、重定向和缓冲区

重定向

缓冲区 

---

二、C文件接口

FILE *fp = fopen ("log.txt","w");

如果没有指定路径，默认在当前路径创建（当前路径指进程的当前路径，即cwd，如果更改了cwd，就把文件创建到新的路径了）。

child（"/home/JY"）；//更改当前进程的工作路径。

size_t fwrite ( const void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE * stream );

size:一个基本单位的大小

nmemb：几个基本单位

const char *message = "hello Linux";
fwrite(message,strlen(message),1,fp);

"w" 写入前，会先对文件进程清空。

（echo "hello Linux" > log.txt 输出重定向本质：打开log.txt 文件，清空，再写入）。

"a" 追加，往文件结尾处写。

三、过渡到系统，认识文件系统调用

文件在磁盘上，访问文件，就是访问硬件。用户不能直接访问硬件，必须通过系统调用接口。

打开文件的系统调用接口：

int open ( const char *pathname,int flags,mode_t mode)

pathname：文件路径

mode：文件权限，如果没传，文件的权限可能为乱码，手动传了之后，注意还有umask（更改当前进程的umask：umask（0））；

flags：打开文件的方式（比特位级别的传参方式）

        可传：O_RDONLY（只读） O_WRONLY（只写） O_RDWR（读写）

        O_CREAT（创建） O_APPEND（追加）O_TRUNC (清空）等等。

头文件：

补充：比特位级别的传参

C语言里的fopen函数就是对open系统调用接口的封装！

如：FILE *fp = fopen（"log.txt","w"）;

其内部一定封装了：int fd = open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);

以“w”方式打开，如果文件不存在，会自动创建一个，所以要带O_CREAT;打开文件后，会先清空文件内容，所以要带O_TRUNC。

ssize_t write ( int fd,const void * buf,size_t count );

ssize_read ( int fd,void * buf,size_t count );

四、访问文件的本质

open的返回值fd本质就是array数组的下标，FILE是C库自己定义的struct，其中必定也封装了fd。 printf("stdin->fd:%d\n",stdin->fileno);

 补充：系统默认打开3个文件，键盘文件、显示器文件、显示器文件

在C语言里就是stdin，stdout，stderr

关闭文件：struct file里有一个引用计数count，在调用close（1）， 会将1号文件的count--；判断count是否为0，在将struct file* 置空，为0就回收该struct file。

五、重定向和缓冲区

文件描述符的分配规则是什么？

从0小标开始，寻找最小的没有使用的数组位置，它的下标就是新文件的文件描述符。

重定向

close（1）之后，1号位置指向空，open log.txt时，从小下标开始找，找到1，就让1指向log.txt，所以后面在向1号文件write时，就是往log.txt里写入了。这就是重定向的原理。

其实不用先关闭再打开，只需要有一个系统接口能将3号指针拷贝给1号指针，就能完成重定向。 

对应的系统调用接口：

追加重定向：把选项O_TRUNC改为O_APPEND

缓冲区 

C缓冲区刷新：

a、无缓冲（直接刷新）        b、行缓冲        c、全缓冲（文件）

先看一个现象，下面程序运行时，为什么没有结果输出到显示器？

每个打开的文件都有一个语言级别的缓冲区，C语言里的printf/fprintf/fwrite等，会先将数据写到C语言提供的缓冲区里（区别于内核级缓冲区），它会在某些时机刷新到内核级的缓冲区。在本例中，fwrite写到了C语言级的缓冲区，然后就将1号显示器文件关闭了，并没有写入内核级的缓冲区，因此，没有成功将数据写入1号显示器文件。 

现象二：上面的代码是能成功打印hello Linux的。

write是系统接口，会直接将数据写入内核级缓冲区，所以即使没有‘\n’，也会显示结果。

现象三：

由显示器重定向到文件时，刷新方案由行缓冲变成了全缓冲，write是直接写到系统缓冲区的，而printf等C接口本来是行缓冲，但变为了全缓冲，就先不刷新了，fork创建子进程后，发生写时拷贝，因此数据多了一份，进程结束后，就刷新了缓冲区。

 用户刷新的本质：将数据通过write写到内核中，平时用的flush一定封装了write。

进程退出时，也会刷新缓冲区，那为什么还需要语言级的缓冲区呢？

1、解决效率问题

2、配合格式化