本文目標(biāo)：
認(rèn)識(shí)文件相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用接口
認(rèn)識(shí)文件描述符,理解重定向
對(duì)比f(wàn)d和FILE，理解系統(tǒng)調(diào)用和庫(kù)函數(shù)的關(guān)系
來(lái)來(lái)來(lái)，學(xué)起來(lái)！動(dòng)起來(lái)！熱愛計(jì)算機(jī)的我們必然可以克服種種困難去達(dá)成我們的目標(biāo)！
談文件：對(duì)于文件，有以下共識(shí)：
①空文件，也是要在磁盤中占據(jù)空間
②文件 = 內(nèi)容 + 屬性
③文件操作?=? 對(duì)文件內(nèi)容的操作 + 對(duì)文件屬性的操作
④標(biāo)定一個(gè)問(wèn)題，必須是文件路徑+文件名【唯一性】
⑤如果沒(méi)有指明路徑，那么默認(rèn)是在當(dāng)前路徑(進(jìn)程當(dāng)前路徑)進(jìn)行文件操作
⑥當(dāng)我們?cè)贑語(yǔ)言中，把fopen、fclose、fread、fwrite等接口寫完后，然后通過(guò)代碼編譯、形成二進(jìn)制可執(zhí)行程序之后，但是沒(méi)有運(yùn)行程序，此時(shí)的文件并沒(méi)有被操作起來(lái)，這意味著，對(duì)文件的操作，其本質(zhì)是進(jìn)程對(duì)文件的操作！因?yàn)槌绦蜻\(yùn)行起來(lái)，創(chuàng)建了進(jìn)程，文件才被操作。
⑦文件要被訪問(wèn)，那就必須被打開。是被用戶進(jìn)程和OS一起打開的，用戶進(jìn)程負(fù)責(zé)對(duì)接口的調(diào)用，OS則是負(fù)責(zé)對(duì)文件的打開。并且，雖然文件要被打開才能被訪問(wèn)，但是磁盤上的文件并不是全都被打開的，因此文件我們可以狹隘地分被打開的和未被打開的兩種文件。
結(jié)合以上，我們得出結(jié)論：文件操作的本質(zhì)就是進(jìn)程與被打開的文件的關(guān)系！我們研究文件操作，就是在研究?jī)烧叩年P(guān)系！
對(duì)于文件操作系統(tǒng)，C語(yǔ)言有，C++有，Java等等的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都有，雖然它們的接口不一樣，但是，它們的底層，都是調(diào)用了操作系統(tǒng)提供的文件操作的接口。因?yàn)閷?duì)于文件來(lái)說(shuō)，文件是放在磁盤的，而磁盤是硬件，只有操作系統(tǒng)有資格去訪問(wèn)硬件，因此要對(duì)文件進(jìn)行操作，就必須通過(guò)OS，OS提供系統(tǒng)級(jí)別的系統(tǒng)調(diào)用接口，而操作系統(tǒng)只有一個(gè)，因此，底層就是相同的啦！
也就是說(shuō)：不管上層語(yǔ)言如何變化，庫(kù)函數(shù)底層必須調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用接口。
系統(tǒng)文件IO：操作文件，除了調(diào)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言：C，C++等待的庫(kù)函數(shù)接口以外，那就是可以調(diào)用系統(tǒng)接口。
接口介紹：open：
重慶分公司
重慶分公司
#include#include#includeint open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
pathname: 要打開或創(chuàng)建的目標(biāo)文件，就跟C語(yǔ)言的一樣，選擇路徑，默認(rèn)當(dāng)前路徑
flags: 打開文件時(shí)，可以傳入多個(gè)參數(shù)選項(xiàng)，用下面的一個(gè)或者多個(gè)常量進(jìn)行“或”運(yùn)算，構(gòu)成flags。
mode：權(quán)限，就是創(chuàng)建的文件的權(quán)限是啥，得告訴接口函數(shù)
參數(shù):
O_RDONLY: 只讀打開
O_WRONLY: 只寫打開
O_RDWR : 讀，寫打開
這三個(gè)常量，必須指定一個(gè)且只能指定一個(gè)
O_CREAT : 若文件不存在，則創(chuàng)建它。需要使用mode選項(xiàng)，來(lái)指明新文件的訪問(wèn)權(quán)限
O_APPEND: 追加寫
O_TRUNC:清空文件內(nèi)容
返回值：
成功：新打開的文件描述符
失?。?1 對(duì)于flags的參數(shù)選項(xiàng)，是OS通過(guò)比特位來(lái)傳遞選項(xiàng)的，看下面代碼：
//每一個(gè)宏，對(duì)應(yīng)的數(shù)值，只有一個(gè)比特位是1，彼此的位置不重疊
#define ONE (1<<0) //0x1 0001
#define TWO (1<<1) //0x2 0010
#define THREE (1<<2) //0x4 0100
#define FOUR (1<<3) //0x8 1000
void show(int flags)
{
if (flags & ONE)printf("one\n");
if (flags & TWO)printf("two\n");
if (flags & THREE)printf("three\n");
if (flags & FOUR)printf("four\n");
}
int main()
{
show(ONE);
show(TWO);
show(ONE | TWO);
show(ONE | TWO | THREE);
show(ONE | TWO | THREE | FOUR);
return 0;
}因?yàn)槊總€(gè)比特位都對(duì)應(yīng)這一個(gè)選項(xiàng)，而且是不能重疊的，因此，選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的比特位都是單獨(dú)一個(gè)1.不能出現(xiàn)3（0011）這樣的值。這里也就解釋了關(guān)于flags參數(shù)的使用方法了。
下面是open接口、write接口和read接口的使用：
三個(gè)參數(shù)的：
以寫的方式：
O_WRONLY:只寫打開，但是在沒(méi)有文件存在的時(shí)候，會(huì)打開失敗，可以或上O_CREAT，默認(rèn)權(quán)限為666。對(duì)應(yīng)關(guān)閉文件的是close。
int main()
{
int fd = open(FILE_NAME, O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
if (fd< 0)
{
perror("fd faile");
return 1;
}
close(fd);
return 0;
}兩個(gè)參數(shù)的：
int fd = open(FILE_NAME, O_WRONLY);write：
#includesize_t write(int fd, const void* buf, size_t count);
fd:想要往哪個(gè)文件寫
buf：緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)
count:緩沖區(qū)的字節(jié)個(gè)數(shù)
返回值：寫了的字節(jié)個(gè)數(shù) write接口比較簡(jiǎn)單粗暴，buf的類型是const void*，因?yàn)閷?duì)于文件，它的文本類跟二進(jìn)制類都是語(yǔ)言本身提供的分類。但是對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它們都是二進(jìn)制的。
代碼如下：
int main()
{
int fd = open(FILE_NAME, O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
if (fd< 0)
{
perror("fd faile");
return 1;
}
char outbuff[64];
int cnt = 5;
while (cnt)
{
sprintf(outbuff, "%s:%d\n", "hello Linux", cnt--);
write(fd, outbuff, strlen(outbuff));
}
close(fd);
return 0;
}這里的strlen(outbuff)不能減一，不要想著里面的'\0'。對(duì)于C語(yǔ)言有規(guī)定'\0'作為字符串的結(jié)尾，但是這關(guān)我文件什么事？我文件的內(nèi)容結(jié)尾又不需要'\0'作結(jié)尾。所以不要加1，如果加1了，我們的文件內(nèi)容就不是我們預(yù)期的那樣子了。
當(dāng)我們將代碼修改一下：hello Linux改成aaaa，然后執(zhí)行程序。
sprintf(outbuff, "%s:%d\n", "aaaa", cnt--);
這樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)異常，其原因是我們沒(méi)有清空原來(lái)的文件內(nèi)容，所以需要加上O_TRUNC.
int fd = open(FILE_NAME,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);所以，當(dāng)我們?cè)趯慍語(yǔ)言的文件操作的代碼的時(shí)候，我們寫入"w"，其實(shí)就是在調(diào)用了open，然后操作系統(tǒng)自動(dòng)給我們傳入了FILE_NAME, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666等等的參數(shù)！這就是C語(yǔ)言文件接口和系統(tǒng)調(diào)用接口的關(guān)系。
對(duì)于追加，C語(yǔ)言中的"a",也是這里的O_APPEND
int fd = open(FILE_NAME,O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,0666);open以讀的方式：
需用用到read接口：
#includessize_t read(int fd, void* buf, size_t count);
ssize_t:系統(tǒng)定制的類型：有符號(hào)整數(shù)，可以大于0，等于0，小于0.
fd：期望讀的文件
buf：讀去的緩沖區(qū)，它的void*也是一樣，表示讀過(guò)去的文件類型不管是什么類型，來(lái)到這里都是二進(jìn)制
count：讀的字節(jié)個(gè)數(shù)
返回值：成功，就返回讀到的字節(jié)個(gè)數(shù) 40 int fd = open(FILE_NAME,O_RDONLY);
41 if(fd<0)
42 {
43 perror("fd faile");
44 return 1;
45 }
46
47 char buffer[1024];
48 ssize_t num = read(fd,buffer,sizeof(buffer)-1);//因?yàn)榻Y(jié)尾是'\0'，不讀'\0'
49 if(num >0)
50 {
51 buffer[num] = 0;// 當(dāng)文件中的數(shù)據(jù)讀取到了buffer中，然而buffer和打印的函數(shù)是C語(yǔ)言接口，需要加上0；num >0表示讀取成功，是讀取的字節(jié)個(gè)數(shù)
52 }
53 printf("%s",buffer);如上：系統(tǒng)調(diào)用的文件操作接口：open、close、write、read.當(dāng)然，還有l(wèi)seek。
對(duì)應(yīng)的C語(yǔ)言的接口：
| 系統(tǒng)調(diào)用 | C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)接口 |
| open | foen |
| close | fclose |
| write | fwrite |
| read | fread |
| lseek | flseek |
文件操作的本質(zhì)，是進(jìn)程和被打開文件的關(guān)系，而進(jìn)程是可以打開多個(gè)文件，那么系統(tǒng)中就一定會(huì)存在大量被打開的文件，這些文件都需要OS通過(guò)內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)struct_file{}來(lái)進(jìn)行標(biāo)識(shí)文件，來(lái)管理文件。那么進(jìn)程和這些被打開的文件之間的關(guān)系是通過(guò)文件描述符來(lái)維護(hù)的。
來(lái)看看文件描述符fd：
通過(guò)open接口，其返回值就是文件描述符fd。創(chuàng)建五個(gè)文件，分別返回其描述符，得到的結(jié)果是3，4，5，6，7.
我們看到，它是從3開始的，那么0，1，2呢？
我們使用C語(yǔ)言寫文件的時(shí)候，F(xiàn)ILE其實(shí)是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，因?yàn)閹?kù)函數(shù)中的fopen調(diào)用的系統(tǒng)接口open，返回的是fd，那么FILE結(jié)構(gòu)體里面必有一個(gè)字段，那就是文件描述符！因此，我們可以使用FILE結(jié)構(gòu)體的字段，將標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出流的文件描述符打印出來(lái)，就可以知道了：0,1,2對(duì)應(yīng)的物理設(shè)備一般是：鍵盤(stdin)，顯示器(stdout)，顯示器(stderr)，也就是0表示標(biāo)準(zhǔn)輸入， 1表示標(biāo)準(zhǔn)輸出， 2表示標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤。所以，從3開始的原因就是0，1，2被占用了。
那么為什么是從0開始，0，1，2，3，4...這樣的順序呢？
如上圖，由于當(dāng)一個(gè)文件被加載到內(nèi)存時(shí)，會(huì)有許多個(gè)被打開的文件存在，這是負(fù)責(zé)打開這個(gè)文件的進(jìn)程一看，那么多文件，選誰(shuí)好？此時(shí)就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體，里面有一個(gè)指針數(shù)組，用來(lái)存放這些文件，而這個(gè)數(shù)組，也稱為文件描述符表。此時(shí)，當(dāng)我們需要打開一個(gè)文件的時(shí)候，會(huì)通過(guò)這個(gè)數(shù)組來(lái)訪問(wèn)它，并且返回這個(gè)數(shù)組的下標(biāo)，這個(gè)下標(biāo)就是文件描述符！所以，文件描述符的本質(zhì)，就是一個(gè)數(shù)組的下標(biāo)。
文件描述符的分配規(guī)則如果將文件描述符為0，1，2的文件關(guān)掉，然后新建一個(gè)文件，并打印它的文件描述符，那么此時(shí)它的fd又是如何的呢？請(qǐng)看下面代碼：
首先，沒(méi)有關(guān)閉0，1，2任一文件時(shí)，fd為3
#include#include#include#include#includeint main()
{
int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if (fd< 0)
{
perror("open");
return 1;
}
printf("fd %d\n", fd);
close(fd);
return 0;
} 
關(guān)閉0：即在新創(chuàng)建文件或打開文件前，先關(guān)閉文件描述符為0的文件：
close(0);
int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
//......此時(shí)的結(jié)果：
關(guān)閉2：此時(shí)的結(jié)果是fd為2。如果把0和2同時(shí)關(guān)掉，那么fd為0。
因此：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(méi)有被使用的最小的一個(gè)下標(biāo)，作為新的文件描述符
重定向：close(1);
int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
//......關(guān)閉1：什么都沒(méi)顯示，即不會(huì)顯示預(yù)期中的1。那是因?yàn)槲覀冴P(guān)掉的1，是標(biāo)準(zhǔn)輸出的文件描述符，是固定的，然后創(chuàng)建出來(lái)的文件會(huì)被存進(jìn)下標(biāo)為1的數(shù)組空間中！那么此時(shí)，fd為1，是這個(gè)文件的文件描述符了，但是標(biāo)準(zhǔn)輸出的文件描述符依然是1，只不過(guò)在下標(biāo)為1的這個(gè)空間里，變成了新建的那個(gè)文件。并且，我們打開文件一看，本來(lái)應(yīng)該打印出來(lái)的那個(gè)fd為1的信息，此時(shí)是被寫到了文件里面去了！這種特性，就叫做重定向！
當(dāng)子進(jìn)程重定向后，是不會(huì)影響到父進(jìn)程的，因?yàn)檫M(jìn)程具有獨(dú)立性
重定向的本質(zhì)就是長(zhǎng)層的fd不變，在內(nèi)核中修改fd對(duì)于的struct file*的地址。
重定向的功能可以用dup2接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。
#includeint dup2(int oldfd, int newfd);
：拷貝指定文件描述符的文件
oldfd：被拷貝的fd
newfd：要將fd的內(nèi)容拷貝到指定的fd中
返回值：成功，就會(huì)返回新的文件描述符，也就是fd。失敗，返回-1 看下面代碼：
#include#include#include#include#includeint main()
{
int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if (fd< 0)
{
perror("open");
return 1;
}
dup2(fd, 1);//將fd中的文件拷貝到文件描述符為1數(shù)組空間中
printf("fd %d\n", fd);
close(fd);
return 0;
} 結(jié)果如下：
對(duì)于重定向，可以操作的由追加重定向，輸入重定向，輸出重定向。
追加重定向：
重定向的同時(shí)，追加文本內(nèi)容：
#include#include#include#include#includeint main()
{
//close(0);
int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
if (fd< 0)
{
perror("open");
return 1;
}
dup2(fd, 1);
printf("fd %d\n", fd);
const char* msg = "hello Linux";
write(1, msg, strlen(msg));//寫入標(biāo)準(zhǔn)輸出
close(fd);
return 0;
} 
輸入重定向：
本來(lái)是從stdin(0)上輸入的內(nèi)容，變?yōu)閺闹付ㄎ募陷斎搿?/p>
代碼如下：
#include#include#include#include#includeint main()
{
//close(0);
int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if (fd< 0)
{
perror("open");
return 1;
}
dup2(fd, 0);
char line[64];
while (1)
{
printf(">");
if (fgets(line, sizeof(line), stdin) == NULL)break;
printf("%s", line);
}
return 0;
} 若沒(méi)有重定向，沒(méi)有使用dup2(fd,0);的指令，那么就是從鍵盤（標(biāo)準(zhǔn)輸入）輸入，并打印
但在重定向后，便從指定文件中獲取信息并打印。
這些重定向指令在命令行上使用。>為輸出重定向，<為輸入重定向,>>為追加重定向。
下面，我將模擬實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易版的shell，并且是添加了重定向功能的！代碼如下：
#include#include#include#include#include#include#include#include#include#include
#include#define NUM 1024
#define OPT_NUM 64
#define NONE_REDIR 0 //無(wú)
#define INPUT_REDIR 1 //輸出
#define OUTPUT_REDIR 2 //輸出
#define APPEND_REDIR 3 //出錯(cuò)
#define trimSpace(start) do{\
while(isspace(*start)) ++start;\
}while(0)
char lineCommand[NUM];
char* myargv[OPT_NUM]; //指針數(shù)組
int lastCode = 0;
int lastSig = 0;
int redirType = NONE_REDIR;
char* redirFile = NULL;
// "ls -a -l -i >myfile.txt" ->"ls -a -l -i" "myfile.txt" ->void commandCheck(char* commands)
{
assert(commands);
char* start = commands;
char* end = commands + strlen(commands);
while (start< end)
{
if (*start == '>')
{
*start = '\0';
start++;
if (*start == '>')
{
// "ls -a >>file.log"
redirType = APPEND_REDIR;
start++;
}
else
{
// "ls -a >file.log"
redirType = OUTPUT_REDIR;
}
trimSpace(start);
redirFile = start;
break;
}
else if (*start == '<')
{
//"cat< file.txt"
*start = '\0';
start++;
trimSpace(start);
// 填寫重定向信息
redirType = INPUT_REDIR;
redirFile = start;
break;
}
else
{
start++;
}
}
}
int main()
{
while (1)
{
redirType = NONE_REDIR;
redirFile = NULL;
errno = 0;
// 輸出提示符
printf("用戶名@主機(jī)名 當(dāng)前路徑# ");
fflush(stdout);
// 獲取用戶輸入, 輸入的時(shí)候，輸入\n
char* s = fgets(lineCommand, sizeof(lineCommand) - 1, stdin);
assert(s != NULL);
(void)s;
// 清除最后一個(gè)\n , abcd\n
lineCommand[strlen(lineCommand) - 1] = 0; // ?
// "ls -a -l -i >>myfile.txt" ->"ls -a -l -i" "myfile.txt" ->commandCheck(lineCommand);
// 字符串切割
myargv[0] = strtok(lineCommand, " ");
int i = 1;
if (myargv[0] != NULL && strcmp(myargv[0], "ls") == 0)
{
myargv[i++] = (char*)"--color=auto";
}
// 如果沒(méi)有子串了，strtok->NULL, myargv[end] = NULL
while (myargv[i++] = strtok(NULL, " "));
// 如果是cd命令，不需要?jiǎng)?chuàng)建子進(jìn)程,讓shell自己執(zhí)行對(duì)應(yīng)的命令，本質(zhì)就是執(zhí)行系統(tǒng)接口
// 像這種不需要讓我們的子進(jìn)程來(lái)執(zhí)行，而是讓shell自己執(zhí)行的命令 --- 內(nèi)建/內(nèi)置命令
if (myargv[0] != NULL && strcmp(myargv[0], "cd") == 0)
{
if (myargv[1] != NULL) chdir(myargv[1]);
continue;
}
if (myargv[0] != NULL && myargv[1] != NULL && strcmp(myargv[0], "echo") == 0)
{
if (strcmp(myargv[1], "$?") == 0)
{
printf("%d, %d\n", lastCode, lastSig);
}
else
{
printf("%s\n", myargv[1]);
}
continue;
}
// 測(cè)試是否成功, 條件編譯
#ifdef DEBUG
for (int i = 0; myargv[i]; i++)
{
printf("myargv[%d]: %s\n", i, myargv[i]);
}
#endif
// 內(nèi)建命令 -->echo
// 執(zhí)行命令
pid_t id = fork();
assert(id != -1);
if (id == 0)
{
// 因?yàn)槊钍亲舆M(jìn)程執(zhí)行的，真正重定向的工作一定要是子進(jìn)程來(lái)完成
// 如何重定向，是父進(jìn)程要給子進(jìn)程提供信息的
// 這里重定向不會(huì)影響父進(jìn)程，進(jìn)程具有獨(dú)立性
switch (redirType)
{
case NONE_REDIR:
// 什么都不做
break;
case INPUT_REDIR:
{
int fd = open(redirFile, O_RDONLY);
if (fd< 0) {
perror("open");
exit(errno);
}
// 重定向的文件已經(jīng)成功打開了
dup2(fd, 0);
}
break;
case OUTPUT_REDIR:
case APPEND_REDIR:
{
umask(0);
int flags = O_WRONLY | O_CREAT;
if (redirType == APPEND_REDIR) flags |= O_APPEND;
else flags |= O_TRUNC;
int fd = open(redirFile, flags, 0666);
if (fd< 0)
{
perror("open");
exit(errno);
}
dup2(fd, 1);
}
break;
default:
printf("bug?\n");
break;
}
execvp(myargv[0], myargv); // 執(zhí)行程序替換的時(shí)候，不會(huì)影響曾經(jīng)進(jìn)程打開的重定向的文件
exit(1);
}
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
assert(ret >0);
(void)ret;
lastCode = ((status >>8) & 0xFF);
lastSig = (status & 0x7F);
}
} 于是，我們可以像是正常地在命令行上寫入指令。
在馮諾依曼體系中，硬件都屬于外設(shè)，對(duì)于外設(shè)的數(shù)據(jù)處理，都是先把數(shù)據(jù)讀到內(nèi)存，當(dāng)處理完后，再將數(shù)據(jù)刷新到外設(shè)中，這就稱作IO。
而對(duì)于硬件來(lái)說(shuō)，是操作系統(tǒng)來(lái)管理它們，操作系統(tǒng)為了方便管理，就會(huì)對(duì)不同的外設(shè)硬件創(chuàng)建出對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體，每一個(gè)結(jié)構(gòu)體里面包含了相應(yīng)的屬性信息，都有屬于自己的讀寫方法，這就意味著每種硬件的方法方法是一定不一樣的?？墒窃趺磥?lái)表示這些硬件的方法呢？
Linux做了一件事，就是提取硬件的屬性，創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體struct file(){}來(lái)訪問(wèn)硬件，并且這個(gè)結(jié)構(gòu)體里面擁有讀寫的方法的函數(shù)指針，最后將每種硬件對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體連起來(lái)，組織起來(lái)，當(dāng)需要調(diào)用硬件的方法的時(shí)候，只需要去結(jié)構(gòu)體里面找，然后調(diào)用方法即可。于是，站在struct file上層去看，所有的文件和設(shè)備，統(tǒng)一都是struct file，即內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這部分也稱為虛擬文件（vfs）。?這就是所謂的Linux一切皆文件！
上面我們提到，因?yàn)镮O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(wèn)文件都是通過(guò)fd訪問(wèn)的。所以C庫(kù)當(dāng)中的FILE結(jié)構(gòu)體內(nèi)部，必定封裝了fd。
先看下面代碼及其現(xiàn)象：
#include#include#include#include#include#includeint main()
{
//C接口
printf("hello printf\n");
fprintf(stdout, "hello fprintf\n");
fputs("hello fputs\n", stdout);
// system call
const char* msg = "hello write\n";
write(1, msg, strlen(msg));
//fork();
return 0;
} 
運(yùn)行了代碼之和，結(jié)果和預(yù)期中的一樣，四個(gè)打印都出來(lái)了。
接著，我們重定向輸入到文件中，那么，文件里面的內(nèi)容，也跟預(yù)期中的一樣，是這四個(gè)打印的內(nèi)容。
然而，當(dāng)我們把代碼中被注釋掉的fork()放出來(lái)，按照同樣的測(cè)試，不重定向的話，打印出來(lái)的結(jié)果，也是這四個(gè)，但是一旦重定向，就會(huì)有以下現(xiàn)象：
凡是C語(yǔ)言接口的，都被打印了兩次！看著以上的操作，可以判斷是fork()函數(shù)帶來(lái)的原因。
第一：如果printf調(diào)用成功，即信息輸入到了顯示器上，就說(shuō)明是寫到外設(shè)上了，就不屬于這個(gè)父進(jìn)程了，但如果數(shù)據(jù)沒(méi)有被寫到顯示器上，此時(shí)這個(gè)數(shù)據(jù)依舊屬于這個(gè)父進(jìn)程。
第二：如果printf調(diào)用成功，數(shù)據(jù)不一定會(huì)到了顯示器上，也就是在馮諾依曼體系中，沒(méi)有從內(nèi)存到外設(shè)這一步，因此依舊屬于當(dāng)前進(jìn)程，然后當(dāng)調(diào)用fork()，最后進(jìn)程結(jié)束，需要刷新緩沖區(qū)，將數(shù)據(jù)從內(nèi)存刷新到外設(shè)。
理解緩沖區(qū)問(wèn)題：緩沖區(qū)的本質(zhì)就是一段內(nèi)存，那么就會(huì)有以下問(wèn)題：
這段內(nèi)存是誰(shuí)申請(qǐng)的？
這段內(nèi)存是屬于誰(shuí)的？
這段內(nèi)存存在的意義？
緩沖區(qū)就是相當(dāng)于現(xiàn)實(shí)生活中的快遞公司，有了快遞公司，當(dāng)我們想把某樣?xùn)|西送給遠(yuǎn)方的親戚朋友時(shí)，就不需要我們自己還得坐飛機(jī)坐火車那樣花時(shí)間送過(guò)去了，只需要把東西交給快遞公司，快遞公司就會(huì)幫我們送到。所以說(shuō)快遞存在的意義就是節(jié)省我們的時(shí)間。
同理，緩沖區(qū)就是如此，進(jìn)程在與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的時(shí)候，會(huì)通過(guò)緩沖區(qū)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交流，即將數(shù)據(jù)從內(nèi)存拷貝到緩沖區(qū)中，從而達(dá)到節(jié)省進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)IO的時(shí)間！這就是緩沖區(qū)存在的意義！
數(shù)據(jù)從內(nèi)存拷貝到緩沖區(qū)時(shí)，通過(guò)fwrite函數(shù)來(lái)進(jìn)行拷貝，因此我們與其將fwrite函數(shù)理解為是寫入到文件的函數(shù)，倒不如說(shuō)它是拷貝函數(shù)，將數(shù)據(jù)從進(jìn)程進(jìn)行拷貝到緩沖區(qū)或外設(shè)。
緩沖區(qū)刷新策略：
緩沖區(qū)會(huì)結(jié)合具體的設(shè)備，定制相應(yīng)的刷新策略：
a.立即刷新，這種是無(wú)緩沖，拿到數(shù)據(jù)后直接刷新
? ：比如說(shuō)fflush();刷新緩沖區(qū)，直接刷新。
b.行刷新，也就是行緩沖，顯示器就是這種。
? ：因?yàn)轱@示器是給人看的，正常來(lái)說(shuō)，我們都是從左向右一行一行地看。而刷新效率是一下子全刷新的話，效率是最高的。因此在保證刷新效率的同時(shí)，也要保證體驗(yàn)效果，就有了行緩沖。
?????
c.緩沖區(qū)滿，也就是全緩沖，對(duì)應(yīng)的是磁盤文件等等。
? ：全緩沖的效率是最高的，因?yàn)榈染彌_區(qū)滿了之和，一下子全刷新，IO的時(shí)間只需一次。
另外兩種刷新情況：
1.進(jìn)程退出后，緩沖區(qū)一般都要刷新
2.用戶強(qiáng)制刷新
緩沖區(qū)在哪？指的是什么緩沖區(qū)？
看回上面的代碼，我們發(fā)現(xiàn)程序執(zhí)行后，打印出來(lái)是4次，但是如果輸入到文件中，發(fā)現(xiàn)是7次，而且凡是C語(yǔ)言的接口所打印的，都多了1次。那么這里說(shuō)明了，這種現(xiàn)象一定是跟緩沖區(qū)有關(guān)！并且，緩沖區(qū)一定不在內(nèi)核當(dāng)中！如果在的話，那么write也會(huì)打印兩次。
所以，我們討論的緩沖區(qū)，都是用戶級(jí)別語(yǔ)言層面給我們提供的緩沖區(qū)。我們?cè)谧x寫文件的時(shí)候，都會(huì)用stdout、stdin、stderr或者是別的文件，它們對(duì)應(yīng)的類型是FILE*，而FILE是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，里面包含了fd，還有緩沖區(qū)！
當(dāng)我們使用C語(yǔ)言，寫出fflush，fwrit的接口時(shí)候，是要傳文件指針的，而文件指針就是FILE*，包含了緩沖區(qū)！FILE里面封裝了fd，所以C語(yǔ)言會(huì)在合適的時(shí)候，將我們的數(shù)據(jù)刷新到外設(shè)。
解釋上面程序結(jié)果現(xiàn)象：
fork()函數(shù)是在代碼結(jié)束之前的，也就是在代碼結(jié)束之前，子進(jìn)程被創(chuàng)建。
①如果我們沒(méi)有進(jìn)行重定向，會(huì)看到四條打印結(jié)果。因?yàn)閟tdout是行刷新，在進(jìn)程fork()之前，三條C語(yǔ)言函數(shù)已經(jīng)將數(shù)據(jù)打印到標(biāo)準(zhǔn)輸出（顯示器外設(shè)），此時(shí)的FILE內(nèi)部，或者說(shuō)是進(jìn)程內(nèi)部，已經(jīng)沒(méi)有了這些數(shù)據(jù)了
②如果我們進(jìn)行了重定向，是寫入文件，而文件是屬于磁盤文件，一般C庫(kù)函數(shù)寫入文件時(shí)，是全緩沖的，因此采用的刷新策略是全緩沖，之前的三條C語(yǔ)言函數(shù)，雖然帶了'\n'，但是不足以讓stdout緩沖區(qū)寫滿，數(shù)據(jù)并沒(méi)有被刷新！
③在執(zhí)行fork()的時(shí)候，stdout屬于父進(jìn)程，創(chuàng)建子進(jìn)程時(shí)，緊接著是進(jìn)程退出，誰(shuí)先退出，誰(shuí)就要刷新緩沖區(qū)，將數(shù)據(jù)拿走，放到外設(shè)中，所以刷新的本質(zhì)就是修改，修改的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生寫實(shí)拷貝！此時(shí)，父子進(jìn)程都有一份一樣的數(shù)據(jù)，不管誰(shuí)先退出，那就先刷新唄，你退出，刷新完，到我退出刷新。最后就導(dǎo)致有兩份的數(shù)據(jù)被刷新到外設(shè)了。
④write是系統(tǒng)調(diào)用，上面的過(guò)程與write無(wú)關(guān)，write沒(méi)有FILE，用的是fd，因此也就沒(méi)有C語(yǔ)言提供的緩沖區(qū)，再怎么寫時(shí)拷貝，跟它無(wú)關(guān)。
緩沖區(qū)與OS的關(guān)系：當(dāng)數(shù)據(jù)需要刷新到外設(shè)的時(shí)候，進(jìn)程會(huì)創(chuàng)建一個(gè)struct file的結(jié)構(gòu)體，還有一個(gè)內(nèi)核緩沖區(qū)。
我們上面所說(shuō)的緩沖區(qū)刷新策略，是在用戶層面，C語(yǔ)言的FILE自己的緩沖策略，而操作系統(tǒng)可不會(huì)理這些策略，它有自己的判斷，即OS可以自主決定，是否將內(nèi)核緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)刷新到外設(shè)上。比如內(nèi)核緩沖區(qū)空間不夠了，那么OS就會(huì)強(qiáng)制刷新等等。用戶也能強(qiáng)制讓內(nèi)核緩沖區(qū)里面的數(shù)據(jù)之間刷新到外設(shè)中，使用fsync(int fd)函數(shù)。
綜上： printf fwrite 庫(kù)函數(shù)會(huì)自帶緩沖區(qū)，而 write 系統(tǒng)調(diào)用沒(méi)有帶緩沖區(qū)。另外，我們這里所說(shuō)的緩沖區(qū)，都是用戶級(jí)緩沖區(qū)。其實(shí)為了提升整機(jī)性能，OS也會(huì)提供相關(guān)內(nèi)核級(jí)緩沖區(qū)。那這個(gè)緩沖區(qū)誰(shuí)提供呢？ printf fwrite 是庫(kù)函數(shù)， write 是系統(tǒng)調(diào)用，庫(kù)函數(shù)在系統(tǒng)調(diào)用的“上層”， 是對(duì)系統(tǒng)調(diào)用的“封裝”，但是 write 沒(méi)有緩沖區(qū)，而 printf，fwrite 有，足以說(shuō)明，該緩沖區(qū)是二次加上的，又因?yàn)槭荂，所以由C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供。
本篇完，但文件還沒(méi)完，下一篇：文件系統(tǒng)！沖！
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