- 介绍
- 文件描述符的概念
- open\close
- read\write\lseek
- 标准IO与系统调用IO的区别
- 其他内容
- dup\dup2
- 文件同步
- fcntl\iocntl
介绍
文件描述符的概念
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备用图
- 文件是一块磁盘空间，有一个编号
inode，每次open一个文件时，会创建一个结构体，链接inode，存储文件的信息，结构体的首地址以指针的形式(类似于FILE*)存放在一个数组中，向用户返回数组的下标，这就是文件描述符fd。因此，拿到下标就能拿到指针，拿到指针就能拿到结构体，从而操作文件。 结构体和数组是在 内存空间 中。 每个进程有各自的数组和结构体 - 由于标准IO是建立在系统调用IO的基础上的，因此
FILE结构体中必然存在整型成员fd - 数组的大小是1024个，可以用
ulimit -a查看，进程打开时，fd0 1 2 对应streamstdin stdout stderr，是默认打开的，所以fd从3开始 - 进程间的链接同一个
inode的结构体互不影响，进程内链接同一个结构体的fd也互不影响。 结构体和inode都有 引用计数 。结构体的引用计数是用来操作打开文件的，记录有多少个fdl链接向自己，inode的引用计数是用来决定文件是否存在的(而不是记录有多少个结构体链接向自己)：当结构体的引用计数为0时，结构体才会被销毁，所以不会出现把fd4close后，fd6变成野指针的情况；当inode引用计数(初始化为1)为0时，文件会被销毁
软硬链接：
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硬链接就是 目录项 ，使
inode引用计数加1；软链接类似于windows中的快捷方式，是另外的一个独立文件，这个文件记录了源文件的路径，从而实现链接。
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优缺点：硬链接不能跨分区建立，不能给目录建立； 符号链接可以跨分区，可以给分区建立。
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文件在什么时候会真正从磁盘上被删除？
- 硬链接数 == 0
- 没有打开的文件描述符【没有进程或线程用到该文件】
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概念：https://xzchsia.github.io/2020/03/05/linux-hard-soft-link/
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概念练习【关键把握软连接是一个独立的文件】：https://blog.csdn.net/weixin_42306122/article/details/108351874
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操作：https://www.runoob.com/note/29134
open\close
##include <sys/types.h>
##include <sys/stat.h>
##include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
不是用重载，而使用变参实现
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参数：
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pathname： 路径 -
flags：位图，用来控制打开方式、文件创建和文件状态O_READONLYO_WRONLY和O_RDWR是必选项
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返回值：成功返回文件描述符，失败返回-1
##include<unistd.h>
int close(int fd);
关闭一个文件描述符
read\write\lseek
##include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);##include <sys/types.h>
##include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
read：从fd中读count个字节到bufwrite：将buf中的count个字节写入fd中- 返回值：返回成功读入或写入的字节数，出错返回-1
lseek：用法同fseek，成功返回举例开头的字节数，失败返回-1 【等价于fseek+ftell】
例子：实现 mycopy.c
示例代码：
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<sys/stat.h>
##include<fcntl.h>
##include<unistd.h>##define BUFSIZE 1024
int main(int argc, char **argv)
{if(argc < 3){fprintf(stderr, "Usage:...\n");exit(1);}size_t sfd, dfd;int len=0, ret, pos;char buf[BUFSIZE];sfd = open(argv[1], O_RDONLY);if(sfd < 0){perror("open()");exit(1);}dfd = open(argv[2], O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0600);if(dfd < 0){perror("open()");exit(1);}while(1){len = read(sfd, buf, BUFSIZE);if(len < 0){perror("read()");break;}if(len == 0)break;pos = 0;//确保写够len个字节while(len > 0){ret = write(dfd, buf+pos, len);if(ret < 0){perror("write()");break;}pos += ret;len -= ret;}}close(dfd);close(sfd);exit(0);
}
运行结果：
几点说明：
open(argv[2], O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0600);：只写打开，有则创建，无则删除，创建的权限为0600write的循环是为了确保 写够len个字节，如果只写if(ret<0) {perror(); break;}会出现读入7byte，写入3byte但不报错的情况。场景：该进程被信号打断，没有写够；对设备进行io。
标准IO与系统调用IO的区别
举例：传达室老大爷跑邮局[拿一封送一封，一起送（缓冲区满）\加急时送（刷新缓冲区）]
区别：响应速度&吞吐量
面试：如何使一个程序变快
提醒：标准IO与系统调用IO不可混用
转换： fileno, fdopen
| 类型 | 响应时机 | 优势 |
|---|---|---|
| 标准IO | 缓冲区满、刷新缓冲区 | 吞吐量大 |
| 系统调用IO | 立刻执行 | 响应速度快 |
不可混用的原因：虽然FILE内部包含fd，并且FILE和fd可以通过两个函数转换，但是FILE内的属性如pos和fd指向的结构体内的属性往往是不同的，因为写的时候存在buf，读的时候存在cache。
比如：写10个byte，FILE的pos+10，但是此时缓冲区还没有刷新，所以fd指向的结构体内的pos不变
同理，读1个byte时，FILE的pos+1，但是由于cache存在，可能会预读取，所以fd指向的结构体的pos可能+10
例子： 标准IO用系统调用IO实现，合并系统调用IO
示例代码：
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<unistd.h>int main()
{putchar('a');write(1, "b", 1); putchar('a');write(1, "b", 1); putchar('a');write(1, "b", 1); exit(0);
}
运行结果：
通过指令 strace ./ab 查看系统调用情况
三次调用putchar(’a’)相当于底层调用一次 write(1,”aaa”,3)
其他内容
思路：类似于删除数组的中间元素。将11行后的内容一次搬到10行，知道搬完，最后减去10行的大小。truncate改变文件大小。
通过两次打开同一个文件，简化系统调用，也可以用两个线程或进程
dup\dup2
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);
dup ：把 oldfd 文件描述符，复制到当前文件描述符数组的最低位。
dup2 ：把 oldfd 复制到 newfd ，如果 newfd 已被占用，会把占用 newfd 的文件关闭，等价于 close()+dup() ，由于是原子操作所以可以避免并发竞争
例子：在程序中把标准输出重定向到一个文件中，并且输出
示例代码1：关闭 fd1 ，重新打开文件， fd 就会占用1
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<fcntl.h>
##include<unistd.h>##define FNAME "/tmp/out"
int main()
{int fd; close(1);fd = open(FNAME, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666);if(fd < 0){ perror("open()");exit(1);} /***************/puts("Hello"); exit(0);
}
示例代码2：用 dup 实现
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<fcntl.h>
##include<unistd.h>##define FNAME "/tmp/out"
int main()
{int fd; //close(1);fd = open(FNAME, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666);if(fd < 0){ perror("open()");exit(1);} close(1);dup(fd);/***************/puts("Hello"); exit(0);
}
示例代码3：用 dup2 实现，避免并发竞争
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<fcntl.h>
##include<unistd.h>##define FNAME "/tmp/out"
int main()
{int fd; //close(1);fd = open(FNAME, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666);if(fd < 0){ perror("open()");exit(1);} dup2(fd,1);if(fd != 1)close(fd);/***************/puts("Hello"); exit(0);
}
示例代码1、2都有并发问题：如代码2中， close(1) 之后，兄弟线程创建了一个文件，就占用了 fd1 ，所以 dup(fd) 占用的就再是 fd1 了。
示例代码3注意关闭 fd 内存泄漏：同时注意， if(fd != 1) 是为了防止一开始 fd1 就是空缺的，这样 fd=1 ，虽然 dup2(fd,1) 在oldfd==newfd的时候do nothing，如果不加判断，就是把 fd 关闭，导致后面的 puts 无法输出。
其他问题：程序结束后应该还原 fd1 到标准输出。
运行结果：
要当自己在写一个模块，考虑前后文以及与其他模块的并发，而不仅仅是写一个main函数
文件同步
将 buffer 和 cache 中的内容同步到 disk（磁盘）
sync fsync fdatasync
fcntl\iocntl
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
一切关于文件描述符的魔术，都来源于该函数。 管家级函数.
参数： cmd 指命令，不同的命令有不同的参数，返回值的含义也不同
ioctl ：管家级别的函数。用来管理设备。【一切皆文件的理念的受害者，因为文件只有open\close\write\read\lseek五种基本操作，但是设备显然不仅仅如此，于是都交给 ioctl 来管， man ioctl_list 】
用 fcntl 设置对 fd 的IO为非阻塞：
/dev/fd ：虚目录，显示的是当前进程文件描述符的信息。
相当于照镜子：谁全查看反映的就是谁，所以这里显示的是 ls 进程使用的文件描述符。
在程序中要得到当前程序所在进程使用的文件描述符，只需要在程序中打开该目录即可。
教程)
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 补题)
