Linux -文件描述符

1.文件描述符

通过对open函数的学习，我们知道了文件描述符就是一个小整数

1.1 0 & 1 & 2

Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符，分别是标准输入0， 标准输出1， 标准错误2。
0,1,2对应的物理设备一般是：键盘，显示器，显示器。
所以输入输出还可以采用如下方式：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main()
{
 char buf[1024];
 ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf));
 if(s > 0){
 buf[s] = 0;
 write(1, buf, strlen(buf));
 write(2, buf, strlen(buf));
 }
 return 0;
}

运行后显示要求输入值：

标准输入流读取后，在标准输出流和标准错误流中输出，也就是从键盘读取后输出到屏幕上。

而现在知道，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

1.2文件描述符分配规则

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
 int fd = open("myfile", O_RDONLY);
 if(fd < 0){
 perror("open");
 return 1;
 }
 printf("fd: %d\n", fd);
 close(fd);
 return 0;
}

发现fd等于3

关闭0或者2，在看：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
 close(0);
 //close(2);
 int fd = open("myfile", O_RDONLY);
 if(fd < 0){
 perror("open");
 return 1;
 }
 printf("fd: %d\n", fd);
 close(fd);
 return 0;
}

发现是结果是： fd: 0 可见，文件描述符的分配规则：files_struct数组当中，找到当前没有被使用的最小的一个下标，作为新的文件描述符。

2.重定向

如果关闭文件描述符1呢？

#include<unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
 close(1);
 int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 00644);
 if(fd < 0){
 perror("open");
 return 1;
 }
 printf("fd: %d\n", fd);
 fflush(stdout);
 
 close(fd);
 exit(0);
}

此时，我们发现，本来应该输出到显示器上的内容，输出到了文件 myfile 当中，其中，fd＝1。这种现象叫做输出重定向。常见的重定向有:>, >>, <

重定向的本质就是改变这些文件描述符所指向的位置，使其指向用户指定的文件或其他资源。

3.dup2系统调用

3.1 dup2函数基本信息

dup2是Unix/Linux系统中一个重要的系统调用函数，用于复制文件描述符，并将其重定向到指定的新文件描述符上。

函数原型：

int dup2(int oldfd, int newfd);

参数：
oldfd：待复制的文件描述符。
newfd：指定的新文件描述符。

返回值：成功时返回newfd，出错时返回-1。

man dup查看详细信息

3.2工作原理

检查oldfd和newfd是否相等：如果两者相等，则不进行任何操作，直接返回newfd。
检查newfd的合法性：如果newfd已经打开，则先关闭它。
复制oldfd的文件表项到newfd：使得newfd和oldfd指向同一个文件表项，共享相同的文件偏移量和文件状态标志。
返回newfd：此时，newfd和oldfd都指向同一个文件，但可以通过不同的文件描述符进行操作。

3.3常见用途

重定向标准输入、输出和错误输出：通过dup2函数，可以将文件描述符与标准输入（stdin，文件描述符0）、标准输出（stdout，文件描述符1）和错误输出（stderr，文件描述符2）进行关联，实现输入输出的重定向。例如，将标准输出重定向到文件中，以便将程序的输出结果保存到文件中。
管道通信：在进程间通信中，管道是一种常用的通信方式。通过dup2函数，可以将管道的读端或写端复制到标准输入或标准输出，从而实现进程间的数据传输和信息交换。
文件描述符的复制：有时候需要复制一个文件描述符，以便在不同的上下文中使用。通过dup2函数，可以创建一个新的文件描述符，并复制旧的文件描述符的状态，使得两者指向同一个文件表项。这样做的好处是在不改变原来文件描述符设置的情况下，可以在新的文件描述符上进行操作。

3.4示例

使用dup2函数将标准输出重定向到文件：

#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>  
#include <fcntl.h>  
  
int main() {  
    int fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);  
    if (fd == -1) {  
        perror("open");  
        return -1;  
    }  
  
    // 将标准输出重定向到文件  
    if (dup2(fd, STDOUT_FILENO) == -1) {  
        perror("dup2");  
        close(fd);  
        return -1;  
    }  
  
    // 此时，标准输出已经重定向到文件，接下来的printf将输出到文件  
    printf("Hello, World!\n");  
  
    // 关闭原始的文件描述符（可选，因为进程结束时会自动关闭）  
    close(fd);  
  
    return 0;  
}