Linux 基礎(chǔ) - IO 全面介紹

文件描述符就是從 0 開始的小整數(shù)。當(dāng)打開文件時(shí)，操作系統(tǒng)在內(nèi)存中要?jiǎng)?chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述目標(biāo)文件。于是就有了 file 結(jié)構(gòu)體。表示一個(gè)已經(jīng)打開的文件對(duì)象。而進(jìn)程執(zhí)行 open 系統(tǒng)調(diào)用，所以必須讓進(jìn)程和文件關(guān)聯(lián)起來。每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)指針 files_struct*, 指向一張表 files_struct, 該表最重要的部分就是包涵一個(gè)指針數(shù)組，每個(gè)元素都是一個(gè)指向打開文件的指針！所以，本質(zhì)上，文件描述符就是該數(shù)組的下標(biāo)。只要拿著文件描述符，就可以找到對(duì)應(yīng)的文件

補(bǔ)充：

• 標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出、標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤在對(duì)應(yīng)的文件描述符為 0，1，2，對(duì)應(yīng) C 語言層上的是 stdin、stdout、stderr

• 所有文件，如果要被使用時(shí)，首先必須被打開

• 一個(gè)進(jìn)程可以打開多個(gè)文件，系統(tǒng)中被打開的文件一定有多個(gè)，多個(gè)被打開的文件，一定要被操作系統(tǒng)管理起來的（先描述（struct file（包含了目標(biāo)文件的基本操作和部分屬性）），再組織（雙鏈表））

• 打開文件的過程：先在 fd_array 數(shù)組中找一個(gè)最小的沒有被使用的數(shù)組下標(biāo)位置，然后把新 open 出的文件的結(jié)構(gòu)體地址填入到數(shù)組中去，對(duì)應(yīng)該地址的下標(biāo)返回給對(duì)應(yīng)的進(jìn)程

• fd：本質(zhì)是進(jìn)程和文件之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)組的下標(biāo)，有了 fd 就可以找到打開文件的所有細(xì)節(jié)

文件描述符的分配規(guī)則

總結(jié)：

• 文件描述符的分配規(guī)則：在 files_struct 數(shù)組當(dāng)中，找到當(dāng)前沒有被使用的最小的一個(gè)下標(biāo)，作為新的文件描述符

• Linux 進(jìn)程默認(rèn)情況下會(huì)有 3 個(gè)缺省打開的文件描述符，分別是標(biāo)準(zhǔn)輸入 0， 標(biāo)準(zhǔn)輸出 1， 標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤 2

重定向

補(bǔ)充：程序替換的時(shí)候不會(huì)影響重定向?qū)?yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)（程序替換影響的是進(jìn)程虛擬地址空間部分，而重定向影響的是 files_struct 部分）

使用 dup2 系統(tǒng)調(diào)用

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);

注：

newfd 使 oldfd 的一份拷貝，不是拷貝 fd 而是拷貝 fd 對(duì)應(yīng)的 fd_array 數(shù)組中的內(nèi)容

FILE

因?yàn)?IO 相關(guān)函數(shù)與系統(tǒng)調(diào)用接口對(duì)應(yīng)，并且?guī)旌瘮?shù)封裝系統(tǒng)調(diào)用，所以本質(zhì)上，訪問文件都是通過 fd 訪問的。因此 C 庫當(dāng)中的 FILE 結(jié)構(gòu)體內(nèi)部，必定封裝了 fd

typedef struct _IO_FILE FILE; 在/usr/include/stdio.h
在/usr/include/libio.h
struct _IO_FILE {
 int _flags; /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */
#define _IO_file_flags _flags
 //緩沖區(qū)相關(guān)
 /* The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. */
 /* Note: Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */
 char* _IO_read_ptr; /* Current read pointer */
 char* _IO_read_end; /* End of get area. */
 char* _IO_read_base; /* Start of putback+get area. */
 char* _IO_write_base; /* Start of put area. */
  char* _IO_write_ptr; /* Current put pointer. */
 char* _IO_write_end; /* End of put area. */
 char* _IO_buf_base; /* Start of reserve area. */
 char* _IO_buf_end; /* End of reserve area. */
 /* The following fields are used to support backing up and undo. */
 char *_IO_save_base; /* Pointer to start of non-current get area. */
 char *_IO_backup_base; /* Pointer to first valid character of backup area */
 char *_IO_save_end; /* Pointer to end of non-current get area. */
 struct _IO_marker *_markers;
 struct _IO_FILE *_chain;
 int _fileno; //封裝的文件描述符
#if 0
 int _blksize;
#else
 int _flags2;
#endif
 _IO_off_t _old_offset; /* This used to be _offset but it's too small. */
#define __HAVE_COLUMN /* temporary */
 /* 1+column number of pbase(); 0 is unknown. */
 unsigned short _cur_column;
 signed char _vtable_offset;
 char _shortbuf[1];
 /* char* _save_gptr; char* _save_egptr; */
 _IO_lock_t *_lock;
#ifdef _IO_USE_OLD_IO_FILE
};

總結(jié)：

• FILE 結(jié)構(gòu)體中包含了 int fileno 的成員（也就是系統(tǒng)上的 fd 文件描述符）

• fopen、fwrite、fread、fclose 等 f 系列的庫函數(shù)都是由底層 open、write 、read、close 實(shí)現(xiàn)的，通過 open 的返回值傳給 fileno，從而對(duì)系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)進(jìn)行封裝

• struct FILE 內(nèi)部包含：底層對(duì)應(yīng)的文件描述符下標(biāo)、應(yīng)用層 C 語言提供的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)

• 所謂的默認(rèn)打開文件，標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出、標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤其實(shí)是由底層系統(tǒng)支持的，默認(rèn)一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行的時(shí)候，就打開了 0，1，2

[root@localhost linux]# ls
add.c add.h main.c sub.c sub.h
[root@localhost linux]# gcc -c add.c -o add.o
[root@localhost linux]# gcc -c sub.c -o sub.o
生成靜態(tài)庫
[root@localhost linux]# ar -rc libmymath.a add.o sub.o 
ar是gnu歸檔工具，rc表示(replace and create)
查看靜態(tài)庫中的目錄列表
[root@localhost linux]# ar -tv libmymath.a 
rw-r--r-- 0/0 1240 Sep 15 16:53 2017 add.o
rw-r--r-- 0/0 1240 Sep 15 16:53 2017 sub.o
t:列出靜態(tài)庫中的文件
v:verbose 詳細(xì)信息
[root@localhost linux]# gcc main.c -I -L. -lmymath
-L 指定庫路徑
-I 指定頭文件路徑
-l 指定庫名
測試目標(biāo)文件生成后，靜態(tài)庫刪掉，程序照樣可以運(yùn)行

export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:路徑