Linux中的基礎IO（二）

文章目錄

• Linux中的基礎IO（二）
• • 一、基本接口
  • 二、文件描述符
  • 三、文件描述符的分配規則
  • 四、重定向
  • 五、dup2系統調用
  • 六、minishell

一、基本接口

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode) const char *pathname：代表要打開或要創建的目標文件。int flags：可傳入多個參數選項，進行或運算組成flags 選項解釋

O_RDONLY	以只讀的方式打開文件
O_WRONLY	以只寫的方式打開文件
O_RDWR	讀，寫打開，（打開方式必須三選一）
O_CREAT	若文件不存在，則創建文件，需要使用mode選項指明新創建文件的權限（mode用函數umask（）進行設置當前進程創建的文件的權限掩碼，如umask（0）等）
O_APPEND	追加寫
O_TRUNE	打開文件時，清空原有文件中的內容

如：寫文件

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <string.h> int main() {umask(0);int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 0644);if(fd < 0){perror("open");return 1;}int count = 5;const char *msg = "hello bit!\n";int len = strlen(msg);while(count--){write(fd, msg, len);//fd: 文件描述符， msg：緩沖區首地址， //len: 本次讀取，期望 寫入多少個字節的數據。 返回值：實際寫了多少字節數據}close(fd);return 0; }

• 讀文件：

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <string.h>int main() {int fd = open("myfile", O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return 1;}const char *msg = "hello bit!\n";char buf[1024];while(1){ssize_t s = read(fd, buf, strlen(msg));//類比writeif(s > 0){printf("%s", buf);}else{break;}}close(fd);return 0; }

二、文件描述符

• 1.文件描述符和文件流指針的區別：

文件流指針：文件流指針是標準庫函數操作的句柄，類型為FILE*結構體類型。
文件描述符：文件描述符是系統調用的句柄，類型是int型，注意??，文件流指針中包含文件描述符

• 2.Linux進程默認情況下會有3個缺省打開的文件描述符，分別是標準輸入0，標準輸出1，標準錯誤2，所以輸入輸出可以采用下面 的方式

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <string.h> int main() {char buf[1024];ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf));if(s > 0){buf[s] = 0;write(1, buf, strlen(buf));write(2, buf, strlen(buf));}return 0; }

三、文件描述符的分配規則

• 1.文件描述符的管理

• 結合上圖：我們知道文件描述符都是從0開始的整數，當我們打開一個文件時，操作系統要在內存中創建相應的數據結構來管理描述目標文件。
• 于是就有了file結構體，表示已經打開的文件對象。
• 而進程執行open系統調用，所以必須讓進程和文件關聯起來。
• 描述進程的是進程控制塊PCB，Linux中是task_struct,內部除了描述進程相關信息外，還有一個指針*file，指向一張表file_struct，這張表最重要的部分是包含一個指針數組，數組中的每個元素都指向一個打開文件的指針，所以，本質上文件描述符就是該數組的下標，即只要拿到數組下標，取數組中的file指針就可以找到對應的文件，上面就是操作系統管理文件描述符的方式。
• 2.文件描述符的分配規則：

看下面的代碼：

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main() {int fd = open("myfile", O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);close(fd);return 0; }

發現文件描述符fd為3。那么關閉0或者2再試試：

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main() {close(0);//close(2);int fd = open("myfile", O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);close(fd);return 0; }

發現結果是0或者2，由此得出文件描述符的分配規則是：在file_struct結構體中，找當前沒有被使用的最小的下標，作為新的文件描述符

四、重定向

• 1.重定向：

先看代碼：

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> int main() {close(1);int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 00644);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);fflush(stdout);close(fd);exit(0); }

• 此時，我們發現，本來應該輸出到顯示器上的內容，輸出到了文件 myfile 當中
• 因為一開始我們關閉了標準輸出文件描述符1，導致按照文件描述符的分配規則，fd就得到最小未使用的文件描述符，其代表數組的元素內容是指向myfile文件的，所以就輸出到myfile中，fd＝1。
• 這種現象叫做輸出重定向。常見的重定向有:>（清空重定向）, >>（追加重定向）, <（標準輸入重定向）。
• 2.重定向的原理：

• 結合上圖，重定向的本質是重新定向文件描述符所在的file指針的指向，即改變以個文件描述符所對應的文件信息，進而改變操作的文件
• 注意??文件描述符重定向的過程中文件描述符的數量沒有發生改變，只是改變其數組內部file指針的指向而已。

五、dup2系統調用

int dup2(int oldfd, int newfd);

作用是將newfd文件描述符的file指針指向oldfile文件描述符的file指針指向的文件。

看代碼：

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> int main() {int fd = open("myfile", O_CREAT | O_RDWR);if (fd < 0) {perror("open");return 1;}close(1);dup2(fd, 1);for (;;) {char buf[1024] = {0};ssize_t read_size = read(0, buf, sizeof(buf) - 1);if (read_size < 0) {perror("read");break;}printf("%s", buf);fflush(stdout);}return 0; }

說明使用dup2也可以改變文件描述符的指向（重定向）

六、minishell

#include <stdio.h> #include <sys/wait.h> #include <ctype.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h>char g_command[1024];//該函數的功能是獲取命令行輸入的數據 int GetCommand() {//因為開始獲得的內存中的內容是不定的，所以使用前要先初始化memset(g_command,'\0',sizeof(g_command));//這里需要為'\0'留一個位置，不能把g_command全部用來讀取內容,否者就沒有結束標志，容易發生內存訪問越界if(fgets(g_command,sizeof(g_command)-1,stdin)==NULL){printf("fgets is error!\n");return -1;}//printf("g_command:%s\n",g_command);return 0; }//解析字符串 char** DealCommand(char* command) {if(command==NULL&&*command=='\0'){printf("dealcommand is error\n");return NULL;}//用來保存命令static char* argv[1024]={0};int argc=0;while(*command){//isspace函數用來去掉多余的空格//isspace的返回值：如果當前字符是空格返回1，否則返回0//注意'\0'在issapce函數中不算空格的，所以要進行判斷while(!isspace(*command)&&*command!='\0'){argv[argc]=command;argc++;//去找下一個空格while(!isspace(*command)&&*command!='\0'){command++;}*command='\0';}command++;}argv[argc]=NULL;//for(int i=0;i<argc;i++)//{// printf("%d:%s ",i,argv[i]);//}//printf("\n");return argv; }//進行重定向 int redirect(char * g_command) {char* ptr = g_command;char* file = NULL;int fd ;//用來標記是清空重定向還是追加重定向int redirect_type = -1;while(*ptr !='\0'){//如果當前字符是 > ，把他置為'\0',并判斷下一個位置是否為'\0'if(*ptr == '>'){*ptr++ = '\0';redirect_type++;if(*ptr == '>'){*ptr++ = '\0';redirect_type++;}//去掉多余的空格while(isspace(*ptr)){ptr++;}//file就是空格后面的第一個字符串file = ptr;//繼續找空格，在這兩個空格之間就是文件的名稱while(!isspace(*ptr)&&*ptr != '\0'){ptr++;}*ptr='\0';//如果redirect_type==0說明是清空重定向,如果==1說明是追加重新定向if(redirect_type == 0){fd = open(file,O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY,0664);}else{fd = open(file,O_CREAT|O_APPEND|O_WRONLY,0664);}dup2(fd,1);}ptr++;}return 0; }//進行程序替換 int exec() {redirect(g_command);char** argv=DealCommand(g_command);pid_t pid =fork();if(pid<0){printf("foek is error!\n");return -1;}else if(pid==0){//child//如果argc中為NULL，就直接返回if(argv[0]==NULL){exit(-1);}//進行替換，execvp第一個參數是可執行程序名，第二個參數是該可執行程序的參數組成的數組execvp(argv[0],argv);//execl("/usr/bin/ls","ls","-a",NULL);}else{//fatherwaitpid(pid,NULL,0);}return 0; }int main() {//循環讀數據while(1){printf("[dev@localhost dev]$ ");int ret = GetCommand();if(ret == -1){//如果讀取失敗，繼續循環讀取，不能直接break調continue;}//處理解析數據//char** argv = DealCommand(g_command);//進行替換//exec(argv);exec();}return 0; }

總結

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