【Linux】文件管理

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文件管理

一、回顾C文件管理
二、系统文件IO
- 0、序
- 1、open函数
- - flags标识位的方法
- 2、文件描述符fd
- 3、重定向
- - （一）dup2
  - （二）标准输出vs标准错误

一、回顾C文件管理

有关于c文件操作的详细内容可阅拙作《C语言文件操作》

特别指出的是，文件写函数我们重点要讨论，关于文件读的函数我们会用就行，因为没有什么其他可以谈的

关于fopen("text.txt","w");和fwrite(message,strlen(message),1,fp);的使用，文件的写
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关于fread(buf,1,strlen(message),fp);的使用，文件的读

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还有一个我们要注意的是，使用C的时候，我们的文件默认会打开三个流，分别是stdin标准输入流、stdout标准输出流、stderr标准错误流

二、系统文件IO

0、序

我们已经学完了Linux三大金刚之一的进程，现在我们来学习同为Linux三大金刚之一的文件系统相关的内容，我们知道，进程的管理是先描述后组织，我们推己及人一下，这里对于文件系统的管理当然也是先描述后组织，我们也有一个结构体来管理文件

1、open函数

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open函数有两个版本，上面那个和下面这个差了一个参数，我们主要讲下面这个版本

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
//pathname:打开或创建的目标文件名//flags:打开文件时的参数（前三个必须要选一个）
//O_RDONLY: 只读打开
//O_WRONLY: 只写打开
//O_RDWR  : 读，写打开//O_CREAT : 若文件不存在，则创建它。需要使用mode选项，来指明新文件的访问权限
//O_APPEND: 追加写
//O_TRUNC : 如果文件已经存在，并且以可写模式打开，则将文件长度截断为 0，即清空文件内容//mode:设定新文件的访问权限//返回值:成功为新打开的文件描述符fd，失败为-1

一般来说，如果我们使用open的时候新创建文件就要用下面那个open，如果我们对已有文件进行打开，那么我们用上面那个open

下面我们来使用一下open系统调用，以只写模式并且在目标文件没有的情况下创建一个myfile文件，文件权限为0666，然后定义一个字符串message，使用write(fd,message,len);作用是将message中的len个字节写到fd所指向的对象，也就是刚刚open的目标文件
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myfile文件被创建并写入

这里新创建的文件权限为0664，因为我们对应的文件掩码umask为2

这里我们在C语言文件中的f开头的函数，例如fopen啦、fwrite啦其实都是对系统调用open、write等的封装

flags标识位的方法

这里的flags标识位用的是二进制标识，这是我们常用的一种标识方式，通过按位或 | 的方式来进行组合

标志位	八进制值	二进制表示（假设为 16 位整数）	含义
O_RDONLY	00	0000 0000 0000 0000	只读模式
O_WRONLY	01	0000 0000 0000 0001	只写模式
O_RDWR	02	0000 0000 0000 0010	读写模式
O_CREAT	0100	0000 0001 0000 0000	如果文件不存在则创建
O_EXCL	0200	0000 0010 0000 0000	与 O_CREAT 联用，若文件已存在则打开失败
O_TRUNC	01000	0000 1000 0000 0000	若文件存在则截断为长度 0
O_APPEND	02000	0001 0000 0000 0000	追加模式
O_NONBLOCK	04000	0010 0000 0000 0000	非阻塞模式

这样我们可以看到，每个比特位代表着一个状态，假设二进制表示为16位整数后四位代表着文件读写状态，前八位表示这文件打开的附加选项

通过按位或 | ，我们可以将我们需要的选项全部搞到一个数字上，例如我们open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 0666);这里的flags==0000 0001 0000 0001

2、文件描述符fd

我们将收到的文件描述符全部打印看一下效果
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我们发现这好像有点顺序啊，只要open成功打开，fd就必然是大于等于0的数字，我们第一个打开的文件是3，第二个是4，那么我们的0，1，2去哪了？

其实我们的0就是标准输入，1标准输出，2标准错误，对应的硬件设备分别是0为键盘，1,2为显式屏，举一个简单的例子，我们在打开电脑的时候Windows操作系统是不是先给我们连上键盘和显示屏呢

我们程序访问文件，实际上就是进程访问文件，我们的进程PCB有指向files_struct的指针*files，而我们的files_struct中有一个数组fd_array用来存放我们的文件描述符，其中012默认调用的，其他的3456指向我们的新打开的各个文件，本质上文件描述符就是该数组的下标

我们进程在进行open系统调用的时候，就会找到files指针然后拿到我们对应的fd_array的位置然后默认打开012，然后打开我们的myfile1等我们的文件

打开的文件会在内核创建一个file对象，存储比如文件的读写位置，文件的访问模式，文件操作函数指针，对底层文件系统或设备的引用等关键信息，这里说明一下，open函数的核心任务之一就是将用户指定的访问模式写入内核的file结构体
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文件描述符的分配原则：在fd_array中找到一个没有被使用的最小下标，比如我们打开fd为3，4，5的三个文件，我们将fd为4的文件关闭后新建文件打开，此时这个新建的被打开打开的文件的fd为4

3、重定向

我们说fd==1对应的是标准输出，也就是屏幕，那么我们将这个标准输出关掉，会发生什么呢
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我们发现，这里标准输出被关掉了，程序的打印果然没有打印到屏幕上，并且我们都fflush刷新缓冲区了，说明打印的信息也不再缓冲区里，而且我们发现，这个程序如果不关闭1的话，打印到文件中的信息应该是打印在屏幕上的，为啥打印到文件中了呢？

我们在前面文件描述符的分配原则中说过，新文件会被整个数组中一个最小的fd指向，close就是将1置为NULL，然后open函数被调用，mytext自然的被分配给了1，此时fd==1，打印出来的fd自然也是1，不过是打印到了mytext文件中，这就是输出重定向
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当然这是被动的重定向，如果我们不想去关掉标准输出，又想进行重定向呢
通过系统调用接口dup2就可以实现

（一）dup2

#include <unistd.h>int dup2(int oldfd, int newfd);
//你可以把比作一个复制函数
//这个函数被复制的是oldfd，最后两个值都是oldfd

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我们逐句分析，先open mywork，此时0->标准输入，1->标准输出，2->标准错误，3->mywork，然后将1关掉就是0->标准输入，1->NULL，2->标准错误，3->mywork，然后使用dup2将3复制到1，就是0->标准输入，1->mywork，2->标准错误，3->mywork，此时不管是用printf函数还是fprintf函数，所打印的内容全部都会打印到mywork文件当中

这里有几个值得注意的地方：
①dup2的使用，是将3位置的指针拷贝到1位置，让1和3共同指向mywork
②printf是C库当中的IO函数，一般往stdout中输出，但是stdout底层访问文件的时候，找的还是fd:1, 但此时，fd:1下标所表示内容，已经变成了myfile的地址，不再是显示器文件的地址
③由②引申出来的：显示屏也是文件，Linux下一切皆文件