【Linux】文件描述符访问Open、Read、Write
每个运行的程序被称为进程(process),它有一些与之关联的文件描述符。我们可以通过这些文件描述符来访问打开的文件或者设备。
一、文件描述符
什么是文件描述符?
-
概念:文件描述符(File Descriptor,简称 fd)是一个非负整数,由操作系统内核分配给进程,用于唯一标识该进程打开的某个文件或I/O资源(如管道、套接字等)。
-
本质:它是进程与文件之间的抽象句柄,通过该句柄进程可以对文件进行读写、控制等操作
每个程序在运行的时候,会打开相应的文件,如最简单的打印hello world 文件。
#include <stdio.h>
int main(int argc,char * argv[])
{printf("hello world\n");return 0;
}
在运行的时候会打开输出文件,将“hello world” 输出。
通常在每个程序运行的时候,默认打开三个文件:标准输入、标准输出、标准错误文件。
在程序运行的过程中,可能不止打开这三个文件,可能会有其他的文件。打开了那么多文件,进程是如何管理它们的呢? 就是依靠文件描述符。
1.分配规则
-
默认分配:
进程启动时自动打开三个标准文件描述符:
0
:标准输入(STDIN_FILENO
)。
1
:标准输出(STDOUT_FILENO
)。
2
:标准错误(STDERR_FILENO
)。
新打开的文件描述符从 3
开始递增。
-
最小可用原则:
-
当文件描述符被关闭(如调用
close(3)
),后续打开的文件的描述符会优先复用最小的可用数值(如再次打开文件时分配3
,而不是4
)。
-
2.进程的文件描述符表
-
每个进程都有一个独立的 文件描述符表(File Descriptor Table),由操作系统维护。
-
表中的每个条目指向一个 内核文件表项(File Table Entry),记录了文件的详细信息:
-
文件偏移量(当前读写位置)。
-
文件的打开模式(如只读、只写、追加等)。
-
文件状态标志(如是否阻塞、是否关闭等)。
-
指向 inode表 的指针(存储文件元数据,如权限、大小、磁盘位置等)。
-
可以通过命令查看文件描述符表的最大值,即进程可以打开的最大文件数
ulimit -n
3.说明
每个进程打开的文件不同,它们的文件描述符表也不一样。
如 进程A 和 进程B 有文件描述符表中相同的文件描述符3(fd3),但可能进程A的 fd3 指向 a.txt ,进程B 的 fd3 指向 b.txt。
二、OPEN函数
功能
打开或创建文件,返回文件描述符。
函数
-
#include <fcntl.h>int open( const char * pathname ,int flags ); int open( const char * pathname, int flags , mode_t mode);
const char * pathname : 需要打开的文件的文件路径
int flags : 文件的访问模式,由两种模式结合:必需访问模式 【+ 可选访问模式】
必需访问模式:O_RDONLY
(只读)、O_WRONLY
(只写)、O_RDWR
(读写)
可选访问模式:O_CREAT
(创建文件)、O_TRUNC
(截断文件)、O_APPEND
(追加模式)
注意:使用O_CREAT
时必须指定mode
参数(如0644
),否则文件权限不可控。
返回
成功:返回文件描述符(非负整数)
失败:返回-1
考虑到程序的安全性和稳健性,使用open调用文件描述符之后,应当判断是否成功返回。否则后续对文件描述符的操作都是无效的。
三、CLOSE函数
功能
可以使用close函数的调用来终止进程描述符 filefd 与对应文件之间的关联。
文件描述符被释放,并能够重新使用。
函数
#include <unistd.h>int close (int filefd);
int filefd : 文件描述符
返回
成功:返回0
失败:返回-1
四、WRITE函数
功能
将缓冲区 buf 的前 nbytes 个字节写入 与文件描述符 fd 关联的文件中
函数
#include <unistd.h>size_t write(int fd , const void * buf , size_t nbytes);
int fd : 文件描述符
const void * buf :buf缓冲区的内容,可以是基本数据类型(int,char...) 也可以是自定义的数据类型
size_t nbytes : 要写入文件的字节数
返回
返回实际写入文件的字节数
如果 0 < 返回数 <=nbytes ,可能是数据块长度有问题,建议减少 nbytes 的大小;
如果返回0 表示没有写入任何数据;
如果返回-1 表示调用出现了错误,错误代码保存在全局变量errno里。
五、READ函数
功能
从与文件描述符 fd 对应的文件中读取 nbytes 个字节的数据,并把它们放入缓冲区 buf 中。
函数
#include <unistd.h>size_t read( int fd , void * buf , size_t nbytes );
int fd :文件描述符
void * buf : 读取到的内容,存入buf缓冲区中
size_t nbytes : 读取文件的字节数
返回
返回实际读入的字节数。
返回0 表示未读入任何数据,已到达文件尾;
返回-1 表示read调用出现错误。
查看帮助手册-函数
想要在系统中知道这些函数的作用,可以使用命令 man 2 函数名
2 表示查看卷2,即查看函数
man 2 open #查看open函数的作用
write 和 read 同理。
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