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2024-10-13-B fd 重定向缓冲区

article 2025/1/25 1:42:22

1 一切皆文件

1.1 虚拟文件系统

在系统层面，做了一层软件的封装，struct file 里有操作表（即函数指针的集合），可以调用底层的读写方法。虚拟文件系统（VFS）是一种神奇的抽象，它使得 “一切皆文件” 哲学在 Linux 中成为了可能。（类比C++多态）

1.2 为何C/C++喜欢做封装

(1) 方便用户操作

以“文本写入 vs 二进制写入”举例，在操作系统层面全是二进制，语言层面进行转化变为文本

(2) 提高语言的可移植性

如果不是Linux而是其他操作系统呢？C库函数 ---> 系统调用；FILE ---> fd（源代码编译成不同版本的库）

封装可以“屏蔽差异”

1.3 文件内核缓冲区

写入：

打开一个 myfile 文件，创建对应的 struct file，里面包含操作表和文件内核缓冲区address_space，write() （拷贝函数，把数据从用户拷贝至内核）把要写入的内容拷贝至文件的内核缓冲区，如果需要的话，可通过file->ops->write()将数据刷新到文件中（由OS自主决定）。

空文件写入，拷贝刷新即可；修改的本质，是先读取再写入。

为何有缓冲区？因为外设比较慢，缓冲区的存在可以变相提高IO效率。

一个进程，能在PCB中找到file对象，通过file对象，既能找到文件的操作表，又能找到文件对应的属性集，还能找到文件对应的文件内核缓冲区。

1.4 重定向

    close(0);
	int fd1 = open("return_test1.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
	int fd2 = open("return_test2.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
	int fd3 = open("return_test3.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
	int fd4 = open("return_test4.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
./ofi
fd1 of open(): 0
fd2 of open(): 3
fd3 of open(): 4
fd4 of open(): 5

进程打开文件，需要给文件分配新的fd时，fd的分配规则是以最小的且没有被使用的为优先

重定向：把 fd_array 中特定下标对应的元素替换后，如close(1)，上层不知道（printf->stdout->fileno=1），本来往显示器文件写入的变为了往新的文件写入。

系统调用：int dup2(int oldfd, int newfd)
dup2() makes newfd be the copy of oldfd, closing newfd if necessary

如果要做输出重定向，可以把文件的地址（fd）覆盖到 fd_array[1] 中，即 dup2(fd, 1)
（联想记忆：fd活得久，就old）

int fd = open("log.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);
printf("HELLO FD: %d\n", fd);
fprintf(stdout, "HELLO FD: %d\n", fd);
fputs("HELLO LINUX\n", stdout);
const char *msg = "hello fwrite\n";
fwrite(msg, 1, strlen(msg), stdout);

往显示器里写入

HELLO FD: 3
HELLO FD: 3
HELLO LINUX
hello fwrite

使用 dup2(fd, 1);

$ cat log.txt 
HELLO FD: 3
HELLO FD: 3
HELLO LINUX
hello fwrite

1.4.1 命令行中重定向内容的解析

"ls -a -l -n" < hello.txt

"ls -a -l -n" > hello.txt

"ls -a -l -n" >> hello.txt

//全局变量（重定向相关）
#define NoRedir 0
#define InRedir 1
#define OutRedir 2
#define AppRedir 3

int redirtype = NoRedir;
char *filename = nullptr;
//过滤空格
#define TrimSpace(pos) do{\ //while(0)的作用是形成代码块，可以整体替换
        while(isspace(*pos)){\
                pos++;\
        }\
}while(0)

bool ParseCommandLine(char commandline_buffer[], int len){
//......

        //重定向
        redir = NoRedir;
        filename = nullptr;

        //"ls -a -l -n" > file.txt
        int end = len - 1;
        while(end >= 0){
                if(commandline_buffer[end] == '<'){
                        redir = InRedir;
                        filename = &commandline_buffer[end] + 1;
                        TrimSpace(filename);
                        commandline_buffer[end] = 0;
                        break;
                }else if(commandline_buffer[end] == '>'){
                        if(commandline_buffer[end - 1] == '>'){
                                redir = AppRedir;
                                commandline_buffer[end] = 0;
                                commandline_buffer[end - 1] = 0;
                                filename = &commandline_buffer[end] + 1;
                                TrimSpace(filename);
                                break;
                        }else{
                                redir = OutRedir;
                                commandline_buffer[end] = 0;
                                filename = &commandline_buffer[end] + 1;
                                TrimSpace(filename);
                                break;
                        }
                }else{
                        end--;
                }
        }
//......
}

2 总结

（1）文件描述符的概念，文件也是要被管理的（= 内容 + 属性），分为未打开的和被打开的
（2）标准输入输出错误之间的关系，以及系统调用接口open, close, read, write，文件流封装的底层一定有文件描述符
（3）文件描述符分配规则、012，重定向概念、原理、操作、如何进行
（4）内核角度理解“一切皆文件”，通过 struct file 对象和函数指针表屏蔽差异
（5）一个进程有自己的PCB，也要有自己打开的文件描述符表，还要有自己打开的工作文件，每个文件都要配备操作表、属性集和内核级缓冲区

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http://www.kler.cn/a/428360.html