Linux-文件描述符
2018-03-22 22:37
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相关系统调用接口
我们在学习c语言时,在学习i/o操作时,用到的相关c接口:fopen,fclose,fread,fwrite等等,我们都称之为c库函数。不止c语言有这些接口,其他语言也有,但是实际上不管是哪种语言,最终他们都会采用系统调用的方式来进行文件访问。
下面,介绍与i/o相关的系统调用。
open #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);
close #include <unistd.h> int close(int fd);
read #include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
write #include <unistd.h> ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
以上系统调用用法在man手册都可查看到。不再赘述。
下面解释以下系统调用与库函数的关系:
在下面这张图我们可以看到操作系统在底层软硬件的分层结构,同时观察到lib库函数所在与系统调用的关系,显然他们是上下级的关系,lib是对系统调用的二次封装,方便二次开发。
文件描述符
我们从刚刚上述系统调用函数原型中可以看到,四个函数都需要一个参数fd(open函数fd是返回值),那么fd究竟是什么呢。这个fd就是文件描述符。
看下面这个例子:
int main() { int fd=open("txt",O_RDONLY); printf("%d\n",fd); return 0; }
结果如下:
通过man手册我们知道man函数的返回值是新打开文件的文件描述符。如果失败,返回-1.
但是为什么是3呢?如果函数调用失败返回值是-1,那么说明文件描述符一定不是个负数,却是从3开始,那么0,1,2是否是被占用了呢?
答案是是的。
原因:Linux下进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符,分别是
0:stdin
1:stdout
2:stderror
所以现在我们对文件描述符也仅仅只是认为他是个从0开始小整数。
我们可以思考一个问题,进程在操作系统是如何描述及管理的,第一反应当然是PCB,PCB中存储了进程相关的一系列信息。
实际上,在我们打开文件时,操作系统在内存中要也创建相应的数据结构来描述文件。于是就有了file结构体,表示此时打开的文件对象。
当进程执行open系统调用,就必须让进程和文件联系起来。进程是如何找得到所要打开的文件的?因为 每个进程都有一个指针 ,该指针指向一张表,这张表包含一个指针数组,在这个指针数组中的每个元素都是一个指向打开文件的指针。
所以,本质上,文件描述符就是该文件指针数组的下标。
文件描述符的分配规则:在该数组中,找到当前没有被使用的最小的一个小标,作为新的文件描述符。
FILE
因为i/o相关函数与系统调用接口对应,并且库函数封装系统调用,所以本质上,访问文件还是通过fd访问的。所以再FILE这个结构体里,必然封装了fd。
我们在系统中找到这段源码查看一下是否封装了:
struct _IO_FILE { 247 int _flags; /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */ 248 #define _IO_file_flags _flags 249 250 /* The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. */ 251 /* Note: Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */ 252 char* _IO_read_ptr; /* Current read pointer */ 253 char* _IO_read_end; /* End of get area. */ 254 char* _IO_read_base; /* Start of putback+get area. */ 255 char* _IO_write_base; /* Start of put area. */ 256 char* _IO_write_ptr; /* Current put pointer. */ 257 char* _IO_write_end; /* End of put area. */ 258 char* _IO_buf_base; /* Start of reserve area. */ 259 char* _IO_buf_end; /* End of reserve area. */ 260 /* The following fields are used to support backing up and undo. */ 261 char *_IO_save_base; /* Pointer to start of non-current get area. */ 262 char *_IO_backup_base; /* Pointer to first valid character of backup area */ 263 char *_IO_save_end; /* Pointer to end of non-current get area. */ 264 265 struct _IO_marker *_markers; 266 267 struct _IO_FILE *_chain; 268 269 int _fileno;//封装的文件描述符 270 #if 0 271 int _blksize; 272 #else 273 int _flags2; 274 #endif 275 _IO_off_t _old_offset; /* This used to be _offset but it's too small. */ 276 277 #define __HAVE_COLUMN /* temporary */ 278 /* 1+column number of pbase(); 0 is unknown. */ 279 unsigned short _cur_column; 280 signed char _vtable_offset; 281 char _shortbuf[1]; 282 283 /* char* _save_gptr; char* _save_egptr; */ 284 285 _IO_lock_t *_lock; 286 #ifdef _IO_USE_OLD_IO_FILE 287 };
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