日期：2019/3/24
内容：Linux文件描述符。
一、基本概念
- 文件描述符（File Descriptor）
一个非负整数。应用程序利用文件描述符来访问文件。打开现存文件或新建文件时，内核会返回一个文件描述符。读写文件也需要使用文件描述符来指定待读写的文件。
二、文件读写
- 头文件的解析
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sys/stat.h |
status |
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fcntl.h |
file control |
- int flags参数取值
必须取值：O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR。
可选取值（两种取值通过 | 组合）
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O_APPEND |
每次写操作都写入文件的末尾 |
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O_CREAT |
如果指定文件不存在，则创建这个文件 |
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O_EXCL |
如果要创建的文件已存在，则返回-1，并且修改errno的值 |
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O_TRUNC |
如果文件存在，并且以只写/读写方式打开，则清空文件全部内容(即将其长度截短为0)（truncate，截断） |
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O_NOCTTY |
如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端。 |
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O_NONBLOCK |
如果路径名指向FIFO/块文件/字符文件，则把文件的打开和后继I/O |
- mode_t mode参数
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参 数 |
说 明 |
参 数 |
说 明 |
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S_IRUSR |
所有者拥有读权限 |
S_IXGRP |
群组拥有执行权限 |
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S_IWUSR |
所有者拥有写权限 |
S_IROTH |
其他用户拥有读权限 |
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S_IXUSR |
所有者拥有执行权限 |
S_IWOTH |
其他用户拥有写权限 |
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S_IRGRP |
群组拥有读权限 |
S_IXOTH |
其他用户拥有执行权限 |
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S_IWGRP |
群组拥有写权限 |
（数字表示法，例如chmod -r dir 777，777表示最高权限）
- 与文件相关的函数
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int open(char *path, int flags, mode_t mode); |
·mode是文件权限标志 ·返回值：成功则返回文件描述符，否则返回-1 |
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int openat(int dirfd, const char *pathname, int flags, mode_t mode); |
·用到时再补充 |
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int read(int fd, void *buf, size_t size); |
·返回值成功返回读取的字节数，出错返回-1并设置errno，如果在调read之前已到达文件末尾，则这次read返回0。 ·注意判断返回值与参数size的大小关系 |
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int write(int fd, void *buf, size_t size); |
·返回实际写入的字节数，当有错误发生时则返回-1。 |
三、内核与文件管理
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索引节点（Index Node, inode）
>>索引节点保存了文件的元信息数据，包括：文件大小，磁盘位置，创建和修改时间，所有者，访问权限。
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file结构体
>>一个file结构体表示一个打开的文件。
>>其包含的信息：对应的inode，文件当前的访问位置（即读写位置），打开模式，etc
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文件描述符表
>>实质是一个数组，数组的元素类型是指针，指针指向一个file结构体。上文所述fd是数组下标。
>>用于保存被打开的文件。
>>内核打开文件时，分配一个file结构体表示被打开的文件，将该file结构体指针保存在文件描述符表中。
- 打开文件的过程
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进程控制块（PCB）
>>进程控制块是操作系统表示进程状态的数据结构。
>>存放用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。包括：进程标识信息（PID）、处理机状态、进程调度信息、打开文件列表（即上文所述的文件描述符表，记录进程打开的文件）
>>私有的文件描述符表
>>>>文件描述符表对进程来说是私有的: 每个进程都有一个私有的文件描述符表; 操作系统有N个进程，则对应有N张文件描述符表。
>>>>两个进程打开不同的文件，文件描述符可能是相同的。进程A打开文件a.txt，open返回值是3；进程B打开文件b.txt，open返回值也可能是3。
>>实例代码
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aopen.c |
bopen.c |
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#include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <unistd.h> int main() { int fd = open("aopen.c", O_RDONLY); printf("a fd = %d ", fd); close(fd); return 0; } |
#include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <unistd.h> int main() { int fd = open("bopen.c", O_RDONLY); printf("b fd = %d ", fd); close(fd); return 0; } |
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三个标准文件（stdin、stdout、stderr）
>>一切皆文件
>>stdin：标准输入文件，通常对应终端的键盘，进程的文件描述符表第0项
>>stdout：标准输出文件，通常对应终端屏幕，进程的文件描述符表第1项
>>stderr：标准错误输出文件，通常对应终端屏幕，进程的文件描述符表第2项
>>如果关闭2号文件stderr(即close(2))，再打开一个新文件fd，那么fd=2。
>>实例代码
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int main() { char buf[256] = { 0 }; int len = read(0, buf, sizeof(buf)); write(1, buf, len); return 0; } |
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四、重定向
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系统调用fork
>>创建一个子进程：为子进程创建一个独立的地址空间；为子进程创建一个独立的文件描述符表。
>>子进程复制父进程属性：代码段、数据段的内容；文件描述符表。
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系统调用dup
>>原型：int dup(int oldfd);
>>功能：通过复制文件描述符oldfd，创建一个新的文件描述符newfd。newfd和oldfd指向相同的文件。
>>返回值：成功newfd，失败-1（如oldfd不是有效的描述符时）
>>成功后，newfd与oldfd不会共享fd_flags（例如the close-on-exec flag，close(newfd)之后，oldfd依然有效）
>>代码与图解
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代码 |
dup前 |
dup后 |
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int main() { int testfd = 6; int newtestfd = dup(testfd); printf("newtestfd = %d ", newtestfd);
int oldfd = 2; const char *str = "Hello World from str... "; int newfd = dup(oldfd); write(newfd, str, strlen(str)); close(newfd); write(oldfd, str, strlen(str)); return 0; } |
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系统调用dup2
>>原型：int dup2(int old, int new)
>>功能：用new指定新描述符的值，如果new本身已经打开了，则会先将其关闭再将new指向old，最后返回new。如果old等于new，则返回new，并不关闭它。（简记：关new指old，可用于输出的重定向）
>>返回值：成功返回新复制的fd（即newfd），失败-1。如果old无效，返回-1。
>>重定向实例代码（将stderr重定向到文件log）
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代码 |
图解 |
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int main() { int fd = open("log", O_RDWR | O_CREAT); dup2(fd, 2); char *str = "Hello World... "; write(2, str, strlen(str)); close(fd); return 0; }
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系统调用pipe（可以实现父子进程之间的通信）
>>原型：int pipe(int fd[2])
>>功能：创建一个可读写的管道，管道具备读端和写端。fd[0]是pipe的读端，fd[1]是管道的写端。
>>返回值：成功0，失败非0。
>>注意：管道中的buf一旦被读取，就没有了。（即：数据只能读取一次）
>>实例1
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int main() { int fd[2] = {-1, -1}; pipe(fd); const char *str = "Hello world... "; char buf[256]; printf("read = %d, write = %d ", fd[0], fd[1]); write(fd[1], str, strlen(str)); read(fd[0], buf, 255); printf("buf = %s ", buf); close(fd[0]); close(fd[1]); }
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>>实例2（实现命令：cat pipe.c | wc）
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int main() { int fd[2]; int pid; int status = 0; char buf[1024 * 2] = ""; pipe(fd); //must be at the front of fork() pid = fork();
if (pid == 0) { dup2(fd[1], 1); //stdout points to wirte pipe close(fd[0]); close(fd[1]); execlp("cat", "cat", "pipe2.c", NULL); exit(-1); }
wait(&status); if(status != 0) perror("execlp error... ");
dup2(fd[0], 0); //stdin points to read pipe close(fd[0]); close(fd[1]); //read(0, buf, sizeof(buf) - 1); execlp("wc", "wc", NULL); printf("Are program getting here? "); return 0; } 运行结果
如果把父进程中execlp前面的read加上
分析： ·pipe调用必须在fork之前，否则不会共享pipe ·父子进程中注意关闭不需要的fd[i]（因为通常是一个进程读，一个进程写） ·pipe中buf的数据只能读取一次 |
图解：
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