Linux文件描述符及重定向
- 1. 文件描述符
- 2. 文件描述符的本质
- 3. 输出重定向
- 4. 追加重定向
- 5. 标准输出和标准错误的区别
- 5.1 2>&1
1. 文件描述符
当调用系统接口open
的时候会返回一个int
类型的数字,这个数字就是文件描述符,这里用fd
进行接收,我们来看一看fd
的值是多少。
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{int fd=open("test.txt",O_RDONLY);//设置为只读printf("%d\n",fd);return 0;
}
可以看到,这里打印出来的值是3,那么这个3有什么来头呢?
我们知道,在Linux下,一切皆文件,缓冲区,文件流,可执行程序,全都是文件,这里是3是因为每一个进程默认会先打开标准输入、标准输出、标准错误这三个文件,而这三个文件就占用了0 1 2这三个文件描述符,因此我们重新创建一个文件的时候自然就只能够从3开始了。
那么有什么证据说默认会打开标准输入、标准输出、标准错误这三个文件呢?
这里以C语言为例,C语言的标准输入、标准输出、标准错误这些其实也都是调用了系统的接口,内部也会有一个文件描述符,就是_fileno
。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include<fcntl.h>int main()
{umask(0);int fd=open("test.txt",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND|O_TRUNC,0666);printf("stdin:%d\n",stdin->_fileno);printf("stdout:%d\n",stdout->_fileno);printf("stderr:%d\n",stderr->_fileno);printf("test:%d\n",fd);return 0;
}
这样就可以确定标准输入、标准输出、标准错误这三个的文件描述符了
标准输入 | 0 |
---|---|
标准输出 | 1 |
标准错误 | 2 |
那么现在使用文件描述符,将消息打印到屏幕上吧
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>int main()
{char* msg="hello world\n";write(1,msg,strlen(msg));return 0;
}
可以看到,是可以直接打印在屏幕上的。
同样的,我们也可以通过文件描述符0
来接收用户发来的消息。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>int main()
{char msg[1024];ssize_t s=read(0,msg,sizeof(msg));if(s>0){msg[s]='\0';printf("%s",msg);}return 0;
}
问:为什么这里我只是从文件描述符为0
的文件中读取数据,我却要先输入数据才会读取
答:这是因为标准输入通常是行缓冲的,意味着输入不会立即被传递给程序,而是在用户按下回车键时才传递。
2. 文件描述符的本质
前面说到,文件描述符其实是从0开始的,数组下标同样也是从0开始的,那么我们是不是可以猜想一下它就是一个数组的下标。
其实这个文件描述符fd就是file struct中fd_array[]中的下标,这个数组存储的是一个file*的结构体的地址,这个地址在内存当中,然后再file这个结构体当中存在一个inode值,操作系统就是通过这个inode去磁盘当中拿到文件的,inode在文件系统中会详细讲解。
补充:即使是外设的驱动程序,它其实也是一个struct file
类型的结构体,在内部实现了读写方式,然后操作系统可以通过这个结构体来拿到它的数据。
在C语言中的FILE其实内部也有一个文件描述符
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>int main()
{FILE* fp=fopen("test.txt","w");printf("%d\n",fp->_fileno);return 0;
}
文件描述符的分配规则
从0开始找,如果当前下标没有被使用就是用当前下标作为文件描述符。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>int main()
{close(0);int fd=open("test.txt",O_APPEND|O_CREAT|O_WRONLY,0666);int fd1=open("test1.txt",O_APPEND|O_CREAT|O_WRONLY,0666);printf("%d %d\n",fd,fd1); //0 3return 0;
}
如上代码先关闭了0
号文件描述符,因此0
号就空出来了,如果这时候open
一个文件,那么这个文件的文件描述符就是0
,等下一次open
文件的时候就会变成3
了,因为这时候0 1 2
都是已经被用过了的。
3. 输出重定向
输出重定向的原理
-
输出重定向的原理就是改变原来文件描述符的指向,比如我原来文件描述符1指向的是标准输出流,这时候我把1关闭close(1),然后这时候打开一个文件来把文件描述符1占用掉,这时候,本来应该打印到显示器当中的内容就会被写入重定向的文件当中了。
-
但这是为什么呢?因为操作系统它不知道你1号文件描述符已经被其他文件占用了啊,它只知道打印到显示器的时候去找1号文件描述符,因此实现了重定向的功能。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>int main()
{close(1);//关闭标准输出流int fd=open("test.txt",O_WRONLY|O_APPEND|O_TRUNC,0666);if(fd<0){perror("open");return 1;}printf("hello world\n");printf("hello world\n");printf("hello Linux\n");return 0;
}
此时查看test.txt就可以发现本来要输出到屏幕上的内容,此时输入到了该文件中
4. 追加重定向
追加重定向就是不覆盖原来的数据。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>int main()
{close(1);//关闭标准输出流int fd=open("test.txt",O_WRONLY|O_APPEND,0666);if(fd<0){perror("open");return 1;}printf("hello world\n");printf("hello world\n");printf("hello Linux\n");return 0;
}
输入重定向
使用0文件描述符关闭标准输入,用scanf输入查看现象
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{close(0);int fd = open("test.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);if (fd < 0){perror("open");return 1;}char str[40];while (scanf("%s", str) != EOF){printf("%s\n", str);}close(fd);return 0;
}
scanf这次没有等待用户输入任何东西,而是直接把文件描述符0
指向的文件的内容全部读取出来了。
5. 标准输出和标准错误的区别
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>int main()
{// stdoutprintf("hello printf\n");fprintf(stdout, "hello fprintf to stdout\n");fputs("hello fputs to stdout\n", stdout);// stderrperror("hello perror");fprintf(stderr, "hello fprintf to stderr\n");fputs("hello fputs to stderr\n", stderr);return 0;
}
运行结果好像都是一样的啊?当是用重定向的时候,它们之间的区别就提现出来了,加入我关闭了1
号文件描述符看看会发生什么呢?
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>int main()
{close(1);// stdoutprintf("hello printf\n");fprintf(stdout, "hello fprintf to stdout\n");fputs("hello fputs to stdout\n", stdout);// stderrperror("hello perror");fprintf(stderr, "hello fprintf to stderr\n");fputs("hello fputs to stderr\n", stderr);return 0;
}
可以看到,只有标准错误被输出了,标准输出好像没反应了,并且perror也报错了。这是由于标准输出是1号文件描述符,标准错误是2号文件描述符,因此,关闭了1号文件描述符对2号文件描述符没有任何影响。
这样设计是为了区分正常输出和错误输出,但如果我们非要把这两打印到一个文件里怎么办呢?
5.1 2>&1
./myfile >log.txt 2>&1
./io
:表示执行io这个程序
>log.txt
:表示把执行了程序之后的标准输出重定向到log.txt
当中
2>&1
:表示2号文件描述符重定向到1号文件描述符
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>int main()
{// stdoutprintf("hello printf\n");fprintf(stdout, "hello fprintf to stdout\n");fputs("hello fputs to stdout\n", stdout);// stderrperror("hello perror");fprintf(stderr, "hello fprintf to stderr\n");fputs("hello fputs to stderr\n", stderr);return 0;
}
文件描述符的知识就分享到这,如有错误还望指出。