系统调用----初步了解文件描述符

在学习操作系统之前，我们在操作文件时会使用一些C接口，比如说，fwrite fread fopen fclose 这些，但是除了这些C接口（其他语言也有），我们还可以使用一些系统调用接口来进行文件访问。

例如：

写文件（write）

代码实现：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
//往名为“myfile”的文件里写入5条hello，world
int main()
{
umask(0);
//fd为文件描述符
//O_WRONLY：只写，O_CREATE：如果想要打开的文件不存在则创建该文件
//0644：权限
int fd = open("myfile",O_WRONLY|O_CREAT,0644);
if(fd < 0)
{
perror("open");
return 1;
}
int count = 5;
const char *msg = "hello,world\n";
int len = strlen(msg);
while(count--)
{
//fd:文件描述符
//msg:缓冲区首地址
//len:本次读取，期望写入多少个字节的数据
//返回值：实际写了多少字节的数据
write(fd,msg,len);
}
close(fd);
return 0;
}

读文件（read）

代码实现：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
//往buf里读入5个
int main()
{
//O_RDONLY：只读
int fd = open("myfile",O_RDONLY);
if(fd < 0)
{
perror("open");
return 1;
}
int count = 5;
const char *msg = "hello,world\n";
char buf[1024];
while(count--)
{
//fd:文件描述符
//buf:指定内存
//strlen(msg):一次读取这么多字节
//返回值：返回0表示已到达文件尾或是无可读取的数据
//返回非0的正数则为实际读取到的字节数
ssize_t s = read(fd,buf,strlen(msg));
if(s > 0)
{
printf("%s",buf);
}
else
{
break;
}
}
close(fd);
return 0;
}

之前我们使用C接口操作文件是总会用到 FILE* ,而现在我们使用系统调用接口发现有一个自称是文件描述符的 fd 。下面我们就来说一说这个文件描述符。

文件描述符：是一个取值为0，1，2，3，4，5，6，7，8，，9，10……的数（没有负值）

另外，我们的C总是默认打开3个输入输出流，分别是:

stdin:标准输入
stdout:标准输出
stderr:标准错误

三者分别对应于我们的键盘，显示器，显示器。

这三个流的类型都是FILE*，也就是说他们的返回值类型都是文件指针。

回到文件描述符来说，这三个对应的文件描述符分别是：

stdin->0
stdout->1
stderr->2

Linux进程默认这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。

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含一个指针数组，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。



对于新打开的文件的文件描述符的分配规则就是：在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。

IO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，访问文件都是通过fd访问的,所以说C库当中的FILE结构体内部，必定封装了fd。