Linux：基础IO（一.C语言文件接口与系统调用、默认打开的文件流、详解文件描述符与dup2系统调用）-linux运维-PHP中文网

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1.基础认识2.再识c语言中文件接口2.1fopen()与fclose()2.2文件操作函数3.三个默认打开的文件流4.相关系统接口4.1open()4.2umask()函数4.3close()、write()、read()5.文件描述符5.1 0、1、25.2底层6.文件描述符的分配规则重定向—dup2()系统调用7.Linux中一切皆文件

1.基础认识文件是存储在磁盘或其他存储介质上的数据集合，包括数据内容和文件属性。在操作系统中，文件的操作通常需要通过进程来打开文件才进行，进程在打开文件时会创建一个文件描述符，用于标识这个文件。在访问文件之前，通常需要先打开文件。通过打开文件，进程可以获取文件的句柄或文件描述符，然后可以通过读取、写入、修改文件内容来进行文件操作。文件的修改通常是通过执行相应的代码来实现的，比如写入数据、修改文件属性等。在操作系统中，进程在打开文件时会获得一个文件描述符，这个文件描述符是进程访问该文件的标识符。一个进程可以打开多个文件，每个打开的文件都会有一个对应的文件描述符。这意味着一个进程可以同时访问多个文件，进行读取、写入等操作。当一个文件被打开时，通常会将文件的部分或全部内容加载到内存中，以便进程可以直接访问和操作文件内容。这样可以提高文件的访问速度和效率。在系统中，一个进程能打开多个文件。还有可能会存在多个进程同时打开多个文件所以，打开的文件OS一定要对其进行管理，怎么管理——先描述再组织：那么内核中一定有用来描述被打开文件的结构体，并用它来定义一个个对象操作系统中，并不是所有的文件都会被进程打开。实际上，系统中可能存在大量的文件，但并不是所有的文件都会被进程打开并加载到内存中进行操作。有些文件可能处于未打开状态，即它们仅存在于磁盘中，没有被任何进程打开 2.再识c语言中文件接口2.1fopen()与fclose()

当在 C 语言中进行文件操作时，fopen() 和 fclose() 是两个非常重要的函数。下面我将详细讲解它们的作用和用法：

fopen() ：该函数用于打开一个文件，并返回一个指向 FILE 结构体的指针，该指针用于后续的文件操作。语法：FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);参数： filename：要打开的文件的路径和名称。mode：打开文件的模式，包括只读、只写、读写等不同选项。返回值：如果成功打开文件，则返回指向 FILE 结构体的指针。如果打开文件失败，则返回 NULL。“r”：只读模式打开文件以供读取。如果文件不存在，打开操作将失败。如果文件不存在，则返回 NULL。“w”：只写模式打开文件以供写入。如果文件存在，则会被截断（即文件内容会被清空）；如果文件不存在，则会创建一个新文件。如果文件打开成功，则返回指向文件的指针。“a”：追加模式打开文件以供写入，但是不会截断文件。新的数据会被追加到文件末尾。如果文件打开成功，则返回指向文件的指针。“r+”：读写模式（文件必须存在）打开文件以供读取和写入。文件必须存在，否则打开操作将失败。如果文件打开成功，则返回指向文件的指针。“w+”：读写模式（文件不存在则创建）打开文件以供读取和写入。如果文件存在，则会被截断；如果文件不存在，则会创建一个新文件。如果文件打开成功，则返回指向文件的指针。“a+”：读写模式（追加模式，文件不存在则创建）打开文件以供读取和写入，不会截断文件。新的数据会被追加到文件末尾。如果文件打开成功，则返回指向文件的指针。代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

<code class="javascript"&gt;#include<stdio.h&gt;int main(){FILE* f = fopen("./test.txt", "w");//打开if (f == NULL){perror("fopen");return 1;}//在打开关闭之间，我们能进行文件操作fclose(f);//关闭return 0;}</code&gt;

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Linux：基础IO（一.C语言文件接口与系统调用、默认打开的文件流、详解文件描述符与dup2系统调用）

fclose() 函数： fclose() 函数用于关闭一个已打开的文件，释放文件资源并刷新缓冲区。语法：int fclose(FILE *stream);参数： stream：指向已打开文件的 FILE 结构体指针。返回值：如果成功关闭文件，则返回 0。如果关闭文件失败，则返回 EOF。2.2文件操作函数函数原型：int chdir(const char *path);功能：将当前工作目录更改为指定的目录。参数：path 是一个字符串，表示要更改到的目录路径。返回值：如果成功，则返回 0；如果失败，则返回 -1。

fprintf()：向文件写入格式化数据

函数原型：int fprintf(FILE *stream, const char *format, …);功能：将格式化的数据写入到指定文件中。示例：fprintf(file, “Hello, World!”);

fscanf()：从文件读取格式化数据

函数原型：int fscanf(FILE *stream, const char *format, …);功能：从指定文件中读取格式化的数据。示例：fscanf(file, “%d %s”, &num, str);

fputc()：向文件写入一个字符

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函数原型：int fputc(int c, FILE *stream);功能：将一个字符写入到指定文件中。示例：fputc(‘A’, file);

fgetc()：从文件读取一个字符

函数原型：int fgetc(FILE *stream);功能：从指定文件中读取一个字符。示例：char ch = fgetc(file);

fgets()：用于从指定文件中读取一行数据，并将其存储到指定的缓冲区中

函数原型：char *fgets(char *str, int num, FILE *stream);功能：从指定文件中读取一行数据。示例：fgets(buffer, sizeof(buffer), file);

fputs()：向文件写入一行数据

函数原型：int fputs(const char *str, FILE *stream);功能：将一行数据写入到指定文件中。示例：fputs(“Hello, World!”, file);

fwrite() 是 C 语言标准库中用于将数据块写入文件的函数。

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<code class="javascript"&gt;size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);</code&gt;

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ptr：指向要写入的数据的指针。size：要写入的每个数据项的大小（以字节为单位）。nmemb：要写入的数据项的数量。stream：指向要写入的文件的指针。代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

<code class="javascript"&gt;#include<stdio.h&gt;int main(){FILE* f = fopen("./test.txt", "w");//打开if (f == NULL){perror("fopen");return 1;}//在打开关闭之间，我们能进行文件操作const char* str = "this's test.txt";fputs(str, f);fclose(f);//关闭return 0;}</code&gt;

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我们之前看到的输出重定向>：也是直接覆盖（默认也是以w方式打开的）

使用a方式打开（append）

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<code class="javascript"&gt;int main(){FILE* f = fopen("./test.txt", "a");//打开if (f == NULL){perror("fopen");return 1;}//在打开关闭之间，我们能进行文件操作const char* str = "this's test.txt\n";fputs(str, f);fclose(f);//关闭return 0;}</code&gt;

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使用 >> 符号进行输出重定向时，会以追加模式打开文件，新的内容会被追加到文件末尾而不会清空原有内容3.三个默认打开的文件流

stdin：标准输入流，通常用于从键盘设备读取输入。stdout：标准输出流，通常用于向显示器设备输出信息。stderr：标准错误流，通常用于向控制台输出错误信息。

这三个文件流在程序启动时会自动打开，不需要显式地打开或关闭

stdin、stdout 和 stderr 是标准C库中定义的全局变量，它们分别代表标准输入流、标准输出流和标准错误流。这些变量通常在 <stdio.h></stdio.h> 头文件中声明，可以直接使用。

stdin：

stdin 是标准输入流，通常用于从用户输入设备（如键盘）读取数据。在程序启动时，stdin 会自动关联到标准输入设备，通常是键盘。

stdout：

stdout 是标准输出流，通常用于向用户输出设备（如屏幕）输出数据。在程序启动时，stdout 会自动关联到标准输出设备，通常是屏幕。代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

<code class="javascript"&gt;#include <stdio.h&gt;#include <string.h&gt;#include <sys/types.h&gt;#include <unistd.h&gt;#define FILENAME "log.txt"int main() {    printf("hello printf\n"); // 使用 printf 函数向标准输出流输出字符串    fputs("hello fputs\n", stdout); // 使用 fputs 函数向标准输出流输出字符串    const char* msg = "hello fwrite\n";    fwrite(msg, 1, strlen(msg), stdout); // 使用 fwrite 函数向标准输出流输出字符串    fprintf(stdout, "hello fprintf\n"); // 使用 fprintf 函数向标准输出流输出格式化字符串    return 0;}</code&gt;

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printf("hello printf\n");（我们经常用）：函数原型：int printf(const char *format, ...);printf 是标准C库中的函数，用于向标准输出流（stdout）输出格式化字符串。在这里，printf 输出了字符串 “hello printf” 到标准输出流，并在末尾添加一个换行符。fputs("hello fputs\n", stdout);：函数原型：int fputs(const char *str, FILE *stream);fputs 是标准C库中的函数，用于向指定文件流（这里是 stdout，即标准输出流）输出字符串。在这里，fputs 输出了字符串 “hello fputs” 到标准输出流，并在末尾添加一个换行符。fwrite(msg, 1, strlen(msg), stdout);：函数原型：size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);fwrite 是标准C库中的函数，用于向指定文件流输出指定数量的字节。在这里，fwrite 输出了 msg 指向的字符串 “hello fwrite” 到标准输出流，并指定输出字符串的长度。fprintf(stdout, "hello fprintf\n");：、函数原型：int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);fprintf 是标准C库中的函数，用于向指定文件流输出格式化字符串。在这里，fprintf 输出了格式化字符串 “hello fprintf” 到标准输出流。

stderr：

stderr 是标准错误流，通常用于向用户输出设备输出错误信息。在程序启动时，stderr 会自动关联到标准错误设备，通常也是屏幕。您可以使用 fprintf(stderr, ...) 等函数向 stderr 输出错误信息。4.相关系统接口4.1open()

open 函数是用于打开文件的系统调用函数。它的原型如下：

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<code class="javascript"&gt;#include <fcntl.h&gt;int open(const char *pathname, int flags);int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);</code&gt;

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pathname 是要打开的文件的路径名，flags 是打开文件的标志，mode 是文件的权限。open 函数==返回一个文件描述符（file descriptor）==用于后续对文件的读写操作。打开失败的话返回-1（不需要创建文件时，就使用两个参数就好了）

flags 参数可以是以下标志的组合(都是一个个宏)：

O_RDONLY：只读O_WRONLY：只写O_RDWR：读写O_CREAT：如果文件不存在则创建O_TRUNC：如果文件存在则截断为0长度，就像之前的wO_APPEND：追加写入，就像之前的a

这些宏都只有一个比特位为1，其余为0

mode 参数指定了文件的权限，通常与 S_IRUSR、S_IWUSR 等宏一起使用。如果创建文件时不加上权限，那么创建出来的文件权限是乱码。这就需要我们如果创建了文件，就要给上文件的权限。经常使用格式：0666（与我们之前讲的umask一样，0可以看成一个格式要求），但是这样创建后的权限不是最终权限，我们使用0666后，还要收到掩码的修改

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<code class="javascript"&gt;#include <stdio.h&gt;#include <sys/types.h&gt;#include <sys/stat.h&gt;#include <fcntl.h&gt;int main() {    int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);    if (fd == -1)    {        perror("open");        return 1;    }    return 0;}</code&gt;

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如果想要创造一个自己指明权限的文件，可以使用umask()函数

4.2umask()函数

umask 函数是一个系统调用，用于设置进程的文件创建屏蔽字（file mode creation mask）。文件创建屏蔽字是一个权限掩码，用于确定新建文件的默认权限。在创建新文件时，系统会根据进程的文件创建屏蔽字来屏蔽一些权限位，以确保新建文件不会拥有过于宽松的权限。

umask 函数的原型：

文心一言

文心一言是百度开发的AI聊天机器人，通过对话可以生成各种形式的内容。

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<code class="javascript"&gt;#include <sys/stat.h&gt;mode_t umask(mode_t mask);</code&gt;

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umask 函数接受一个参数 mask，该参数是一个权限掩码，用于指定要屏蔽的权限位。umask 函数会返回之前的文件创建屏蔽字。通常，umask 函数会在创建文件之前调用，以确保新建文件不会拥有不必要的权限。

4.3close()、write()、read()close()

close() 函数用于关闭一个已打开的文件描述符。文件描述符是一个非负整数，用于在程序中唯一标识打开的文件、设备或其他输入/输出资源。当你打开一个文件时，系统会分配一个文件描述符给你，你可以通过这个描述符来读写文件。当你完成对文件的操作后，应该使用 close() 函数来关闭它，以释放系统资源。

函数原型如下：

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<code class="javascript"&gt;#include <unistd.h&gt;  int close(int fd);</code&gt;

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其中 fd 是要关闭的文件描述符。如果成功，close() 返回 0；如果失败，返回 -1 并设置全局变量 errno 以指示错误原因。

write()

write() 函数用于向打开的文件描述符写入数据。你可以使用它向普通文件、设备文件或套接字写入数据。

函数原型如下：

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<code class="javascript"&gt;#include <unistd.h&gt;  ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);</code&gt;

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fd 是要写入的文件描述符。buf 是一个指向要写入数据的缓冲区的指针。count 是要写入的数据的字节数。

write() 函数返回实际写入的字节数。在成功时，返回值通常等于 count，除非到达文件的末尾或发生其他错误。如果发生错误，write() 返回 -1 并设置 errno。

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<code class="javascript"&gt;#include <stdio.h&gt;#include <sys/types.h&gt;#include <sys/stat.h&gt;#include <fcntl.h&gt;#include<string.h&gt;int main() {    int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);    if (fd == -1)    {        perror("open");        return 1;    }    const char* str = "hellow write\n";    write(fd, str, strlen(str));    close(fd);    return 0;}</code&gt;

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read()

read() 函数用于从文件描述符中读取数据。它的函数原型如下：

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<code class="javascript"&gt;#include <unistd.h&gt;ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);</code&gt;

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fd 是要读取的文件描述符。buf 是一个指向存储读取数据的缓冲区的指针。count 是要读取的字节数。

read() 函数会尝试从文件描述符 fd 对应的文件中读取 count 个字节的数据，并将读取的数据存储到 buf 指向的内存缓冲区中。函数返回值是实际读取的字节数。如果返回值为 0，则表示已经到达文件末尾；如果返回值为 -1，则表示读取出现错误。

以下是一个简单的示例，演示如何使用 read() 函数从文件中读取数据：

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<code class="javascript"&gt;#include <stdio.h&gt;#include <unistd.h&gt;#include <fcntl.h&gt;int main() {    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);    if (fd == -1) {        perror("open");        return 1;    }    char buffer[100];    ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));    if (bytes_read == -1) {        perror("read");        close(fd);        return 1;    }    printf("Read %zd bytes: %s\n", bytes_read, buffer);    close(fd);    return 0;}</code&gt;

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5.文件描述符

文件描述符是一个整数，用于在操作系统中唯一标识一个被打开的文件、设备或其他I/O资源

5.1 0、1、2

所以输入输出还可以采用如下方式：

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<code class="javascript"&gt;write(1, buf, strlen(buf));</code&gt;

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这是大家可能会问？刚才我们才说才c语言里stdin、stdout与stderr，这三个FILE*是标准输入，标准输出，与标准错误

那上面这0、1、2是怎么回事？

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<code class="javascript"&gt;int main(){    printf("%d", stdin-&gt;_fileno);    printf("%d", stdout-&gt;_fileno);    printf("%d", stderr-&gt;_fileno);    return 0;}</code&gt;

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5.2底层

进程你怎么知道你打开了哪些文件呢?

文件描述符就是从0开始的小整数。当我们打开文件时，操作系统在内存中要创建相应的数据结构来描述目标文件。于是就有了file结构体。表示一个已经打开的文件对象。而进程执行open系统调用，所以必须让进程和文件关联起来。每个进程都有一个指针*files, 指向一张表files_struct,该表最重要的部分就是包涵一个指针数组，每个元素都是一个指向打开文件的指针！所以，本质上，文件描述符就是该数组的下标。所以，只要拿着文件描述符，就可以找到对应的文件

6.文件描述符的分配规则代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

<code class="javascript"&gt;int main(){    close(1);    int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);    printf("%d\n", fd);    return 0;}</code&gt;

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重定向—dup2()系统调用

dup2() 是一个系统调用，用于复制文件描述符。它的原型如下：

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<code class="javascript"&gt;#include <unistd.h&gt;int dup2(int oldfd, int newfd);</code&gt;

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dup2() 系统调用的作用是将 oldfd 文件描述符复制到 newfd 文件描述符处。如果 newfd 已经打开，则会先关闭 newfd，然后将 oldfd 复制到 newfd 处；如果 newfd 等于 oldfd，则 dup2() 不会关闭 oldfd，但会返回 newfd。这个系统调用通常用于重定向标准输入、标准输出和标准错误流，例如将一个文件描述符复制到标准输出流（文件描述符 1）或标准错误流（文件描述符 2）。代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

<code class="javascript"&gt;#include <stdio.h&gt;#include <fcntl.h&gt;#include <unistd.h&gt;int main(){int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);dup2(fd, 1);printf("hellow log.txt\n");return 0;}</code&gt;

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7.Linux中一切皆文件

在Linux中，“一切皆文件”（Everything is a file）是一个重要的概念，它体现了Linux操作系统的设计哲学。这个概念的核心思想是，Linux将所有设备、进程、网络连接、管道等抽象概念都视为文件，并通过文件系统的方式来管理和访问它们。

虚拟文件系统：Linux中的虚拟文件系统（Virtual File System，VFS）将不同类型的文件系统（如ext4、NTFS、procfs等）抽象成统一的文件接口，使得用户和应用程序可以以统一的方式访问不同的文件系统。

通过将所有这些不同的概念都视为文件，Linux提供了一种统一的接口和一致的操作方式，使得用户和开发者可以更加方便地管理和操作系统中的各种资源。

虚拟文件系统（VFS）： Linux 内核中有一个虚拟文件系统（VFS），它提供了一个抽象层，使得不同类型的文件系统（如 ext4、NTFS 等）能够以统一的方式被内核访问。VFS 为所有文件提供了统一的接口，包括打开文件、读写文件、关闭文件等操作。文件描述符： Linux 中每个进程都有一个文件描述符表，用于跟踪打开的文件和设备。标准输入流 stdin、标准输出流 stdout、标准错误流 stderr 分别对应文件描述符 0、1、2。系统调用： Linux 提供了一系列系统调用（如 open()、read()、write()、close() 等），用于在用户空间和内核空间之间进行文件操作。用户程序可以通过系统调用来打开设备文件、读取设备数据、写入设备数据等。

好啦大家，今天就到这里啦。感谢大家支持！！！

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