Linux——文件描述符（fd）与重定向、dup/dup2

目录

一.文件描述符

（一）.含义

（二）.使用

（三）.标准输入/输出/错误

二.重定向与dup/dup2

（一）.dup/dup2 

（二）.重定向 

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一.文件描述符

（一）.含义

文件描述符（file descriptor）简称为fd，其本质就是一个数组下标

当创建一个进程时，操作系统不仅会创建task_struct结构体（PCB进程控制块），还会创建一个files_struct结构体用于表示该进程打开的相关文件。进程控制块中有一个指针会指向该files_struct。

 在files_struct结构体内部，有一个结构体指针数组fd_array。fd_array是一个数组，里面存放的是指针，每一个指针都指向一个file结构体。

文件描述符fd就是fd_array的数组下标。

（二）.使用

以c语言fwrite函数为例，fwrite内部通过FILE结构体找到文件描述符fd，同时调用系统接口write。

操作系统根据调用的write的进程，通过task_struct结构体内部指针，找到files_struct，再通过files_struct内的fd_array指针数组，依照write传入的具体fd值（下标），找到对应的file结构体，就找到了相关文件。

图例如下：

当进程打开一个文件时，系统就会在fd_array内部从0下标开始依次寻找尚未指向具体file的指针（空指针），将该文件的file结构体给这个指针。 

关闭一个文件时，fd_array中相关指针会指向空，当再其他文件打开时，按照从0开始寻找空指针的方式，找到该空指针，让其指向新的文件。

（三）.标准输入/输出/错误

以C语言为例，头文件内部已经提前打开了三个文件（两个硬件：键盘、显示器）。

即标准输入、标准输出、标准错误。依照fd_array对文件描述符的分配规则，从0下标开始依次指向具体的file。这也就是为什么标准输入、标准输出、标准错误的fd默认为0、1、2。

所以，下面代码也就很好理解了：

int main()
{
	const char* str = "hello world\n";
	fwrite(str, strlen(str), 1, stdout);
	return 0;
}

stdout是头文件定义的表示显示器的FILE指针，指针指向的FILE结构体内部fd值为1，因此fwrite直接通过stdout这个指针获得相关fd，进而使用显示器。

二.重定向与dup/dup2

有了对于文件描述符的理解， 重定向的概念就很好理解了。

（一）.dup/dup2 

这种替换可以通过系统接口dup2完成。

不管是dup还是dup2因为是系统接口，其参数均是文件描述符fd。 

dup可以返回一个新的fd来表示传入的oldfd所代表的文件，即赋予该文件另一个fd。

dup2可以将oldfd所代表的文件给newfd，如果两个fd所代表的文件本就相等，那将不做任何改动。

dup2在使用时常常容易搞错复制方向，可以这样理解：dup2(copy from, copy to)

 如果调用失败，均返回-1。

（二）.重定向 

重定向本质是使fd_array中指向原文件的指针指向目标文件。 

 以标准输出重定向为例：

[cdl@VM-16-9-centos ~]$ echo "hello world" > file.txt

本质就是将fd_array中原本指向显示器file的指针指向file.txt的file结构体，即：

FILE* file = fopen("./file.txt", ...);
dup2(file._fileno, 1);

echo还是将数据给fd为1的指针指向的文件，但因为fd=1的指针指向了file.txt（的file结构体），因此echo把数据给了file.txt。 

图示如下：

追加重定向就是在打开file.txt文件时就赋予文件追加属性，相当于这样：

//系统open接口，O_TRUNC:按追加方式打开文件
int fd = open("./file.txt", O_CREAT | O_RDWR | O_TRUNC);

愚者困惑，智者提问——Benjamin Disraeli

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如有错误，敬请斧正