初识Linux · 文件(2)

前言：

由前文文件(1)的介绍，我们引出了三个问题：

高级语言和系统调用函数之间是否存在关系？ fd返回值的012和C语言打开的三个流是否有什么关系？ 不同的宏和不同函数的选项之间是否存在某种关系？

这是我们文件一里面引发的问题，那么在文件(2)里面呢，我们通过对文件深层次的理解，就会知道，以上三个问题的答案了。

那么现在，我们就进入主题吧。

文件描述符fd

我们再看一眼open函数和write函数：

返回值的描述是：返回值新的文件描述符，如果出错了返回的是-1。

那么我们研究的是这个返回值。

首先，我们知道打开文件的是进程，而非我们，那么文件的集中管理，实际上是由进程的task_struct有一个文件指针，struct file_struct* files，指向的一块文件结构体->struct files_struct，对于该结构体而言，管理的是另一个结构体，即由文件组成的结构体，它们之间的连接方式是双向链表的方式。

就像这样，那么file_struct和file，两个结构体之间是如何产生联系的呢？

此时，文件描述符就出场了：

files_struct里面有一块空间，通过下标访问，而下标指向的，就是一个一个的struct file。所以每次拿到了fd之后，就能对文件进行操作。

但是光这样，好像对文件理解并没有加深多少。

我们写的数据在哪里呢？

我们使用函数，里面的数据是放在哪里呢？难道是有了文件描述符fd我们就可以直接对files结构体操作了？不是的，因为文件存储的地方是在磁盘上，而非OS里面，所以我们一定是会和磁盘扯上一定关系的，那么：

在OS里面有一块空间，缓存空间，将数据加载到了缓存里面，此时没有出错，就可以对文件，也就是已经先描述再操作的的文件对象里面，将数据进行写入即可。

那么我们简单总结上面的过程就是：

文件 = 属性 + 内容，我们要修改内容，也就是要和外设打交道，那么需要OS层面管理。为了修改外设的属性，所以需要类似驱动程序操作，此时OS层面的进程，也就是打开文件的软件，加上管理文件的多个结构体，结合文件描述符fd进行操作。

那么系统调用函数open整个过程要干的事就是：

1 创建文件file 2 开辟文件缓冲区 加载文件数据 3 查找对应的文件描述符fd 4 通过file地址将数据移动 5 返回下标。

默认的三个流

文件描述符fd我们已经理解了，根据上文012是默认打开的三个流：0 对应的标准输入，1对应的标准输出，2对应的标准错误，输入比如键盘，输出和错误都是对应的显示器。

那么不同的外设，输入输出都应该有自己的一套体系，或者说有对应的函数，但是函数名往往都是不相同的，在OS层面如何进行集中管理呢？

在OS层面存在一种结构叫做：VFS，即virtual file system。

因为每个file对象，都有一个函数指针，虽然函数名不同，但是可以将函数的参数，返回值等弄的大差不差呗。此时，访问对应的外设，OS层面可以通过VFS层，对不同的外设进行访问。

可是我们说了这么多，如何证明呢？

我们可以用file对象里面的一个变量证明，_fileno，返回值就是对应的文件描述符，而C语言的FILE指针，本质是经过typedef的，封装的是系统里面的file，所以FILE指针直线的对象肯定也是有_fileno的，我们使用如下代码证明：

int main()
{
    FILE* fp = fopen("log.txt","w");
    printf("fp->%d\n",fp->_fileno);

    printf("stdin->%d\n",stdin->_fileno);
    printf("stdout->%d\n",stdout->_fileno);
    printf("stderr->%d\n",stderr->_fileno);

    return 0;
}

此时，证明完毕。

最后总结

由上文可以得出，高级语言想要使用文件描述符fd，一定是会经过封装的，不然对于外设层面是没有办法使用的。

那么，既然显示器也是个文件，我们不妨尝试对显示器这个文件进行写入，前提是我们如何知道显示器的文件在哪里呢？

我们可以进入到根目录的dev，dev代表设备，其中：

dev目录里面的三个流也是间接证明了。

同时，我们进入到pts目录，再开一个终端，就会发现：

也就是说，新开的终端的文件是5号，那么，我们可以：

int main()
{
    int fd = open("/dev/pts/5", O_WRONLY|O_APPEND);
    if(fd < 0) return 1;
    const char *message = "hahaha\n";
    while(1)
    {
        write(fd, message, strlen(message));
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

此时，就在一直打印了。

所以，高级语言的所有文件操作函数，都是对系统调用的封装！！

那么，我们之后是推荐使用高级语言的函数还是系统调用呢？

当然是高级语言的了，因为系统调用的函数不具有跨平台性！！

文件我们也算是理解了部分了，下文之后，就是应用层面的了，比如重定向，比如语言级别的缓冲区。

感谢阅读！