网站建设与维护本科教材,怎么做一个免费的网站,app软件开发公司员工守则,举例说明什么是seo一、文件描述符
1、文件描述符的底层理解
在上一章中#xff0c;我们已经把 fd 的基本原理搞清楚了#xff0c;知道了 fd 的值为什么是 0,1,2,3,4,5...
也知道了 fd 为什么默认从 3 开始#xff0c;而不是从 0,1,2#xff0c;因为其在内核中属于进程和文件的对应关系。 …一、文件描述符
1、文件描述符的底层理解
在上一章中我们已经把 fd 的基本原理搞清楚了知道了 fd 的值为什么是 0,1,2,3,4,5...
也知道了 fd 为什么默认从 3 开始而不是从 0,1,2因为其在内核中属于进程和文件的对应关系。
#include stdio.h
#include sys/types.h
#include sys/stat.h
#include fcntl.h
#include unistd.h
#include string.hint main(void)
{int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);if (fd 0) {perror(open);return 1;} printf(fd: %d\n, fd);close(fd);
} 再看结果为3的时候感觉不奇怪吧
接下来我们应该探索应用特征了。我们需要探索以下三个问题
① 文件描述符的分配原则② 重定向的本质③ 理解缓冲区
2、fd 的分配原则
代码演示默认把 0,1,2 打开那我们直接 close(0) 关掉它们 运行结果如下 此时给我的文件分配的文件描述符就是0
现在我们再把 2 关掉close(2) 看看
运行结果 所以默认情况下 0,1,2 被打开你新打开的文件默认分的就是 3 (因为 0,1,2 被占了) 。
如果把 0 关掉给你的就是 0如果把 2 关掉给你的就是 2…… 那是不是把 1 关掉给你的就是 1 呢我们来看看
int main(void)
{close(1);int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);if (fd 0) {perror(open);return 1;} printf(fd: %d\n, fd);close(fd);
}
结果 发现什么都没有。
出乎意料啊fd 居然不是 1而是什么都没有这是怎么回事呢
原因很简单1 是 stdoutprintf 打印是往 stdout 打印的你把 1 关了当然就没有显示了。
分配规则从头遍历数组 fd_array[] 找到一个最小的且没有被使用的下标分配给新的文件。
根据 fd 的分配规则新的 fd 值一定是 1所以虽然 1 不再指向对应的显示器了但事实上已经指向了 log.txt 的底层 struct file 对象了。 但是结果没打印出来 log.txt 里也什么都没有。
二、重定向Redirection
1、fflush 刷新缓冲区
实际上并不是没有而是没有刷新用 fflush 刷新缓冲区后log.txt 内就有内容了。
代码演示
int main(void)
{close(1);int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);if (fd 0) {perror(open);return 1;}printf(fd: %d\n, fd);fflush(stdout);close(fd);
}
运行结果 我们自己的代码中调用的就是 printfprintf 本来是往显示器打印的
现在不往显示器打了而是写到了文件里它的 方向 似乎被改变了。
这不就是重定向吗
2、dup2 函数
上面的一堆数据都是内核数据结构只有 OS 有权限所以其必须提供对应接口比如 dup。
除了 dup还有有一个 dup2后者更复杂一些我们今天主要介绍 dum2 来进行重定向操作
man dup2 dup2 可以让 newfd 拷贝 oldfd如果需要可以将 newfd 先关闭。
newfd 是 oldfd 的一份拷贝将后者 (newfd) 的内容写入前者 (oldfd)最后只保留 oldfd。 至于参数的传递比如我们要输出重定向 (stdout) 到文件中
我们要重定向时本质是将里面的内容做改变所以是要把 fd 的内容拷贝到 1 中的
当我们最后进行输出重定向的时候所有的内容都和 fd 的内容是一样的了。
所以参数在传递时oldfd 是 fd所以应该是 dum2(fd, 1);
dum2(fd, 1); ✅
dum2(1, fd); ❌
因为要将显示器的内容显示到文件里所以 oldfd 就是 fdnewfd 就是 1 了。
注意事项dum2() 接口在设计时非常地反直觉所以在理解上特比容易乱搞清楚原理 代码演示dup2()
#include stdio.h
#include sys/types.h
#include sys/stat.h
#include fcntl.h
#include unistd.hint main(void)
{int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);if (fd 0) {perror(open);return 0;}dup2(fd, 1); // fd ← 1fprintf(stdout, 打开文件成功fd: %d\n, fd);// 暂时不做讲解后面再说fflush(stdout);close(fd);return 0;
}
运行结果 3、 追加重定向
追加重定向只需要将我们 open 的方式改为 O_APPEND 就行了。
int main(void)
{// 追加重定向只要将我们打开文件的方式改为 O_APPEND 即可int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);if (fd 0) {perror(open);return 0;}dup2(fd, 1);fprintf(stdout, 打开文件成功fd: %d\n, fd);fflush(stdout);close(fd);return 0;
} 运行结果如下 4、输入重定向
之前我们是如何读取键盘上的数据的
int main(void)
{int fd open(log.txt, O_RDONLY);if (fd 0) {perror(open);return 0;}// 读数据char line[64];while (fgets(line, sizeof(line),stdin) ! NULL) {printf(%s\n, line);}fflush(stdout);close(fd);return 0;
} 现在我们使用输入重新的说白了就是将 以前从我们键盘上去读 改为 在文件中读。
代码演示所以我们将 open 改为 O_RDONLYdup(fd, 0)
int main(void)
{// 输入重定向int fd open(log.txt, O_RDONLY);if (fd 0) {perror(open);return 0;}// 将本来从键盘上读 (0)改为从文件里读3dup2(fd, 0);// 读数据char line[64];while (fgets(line, sizeof(line),stdin) ! NULL) {printf(%s\n, line);}fflush(stdout);close(fd);return 0;
}
运行结果如下 三、缓冲区的理解Cache
思考几个问题
什么是缓冲区为什么要有缓冲区缓冲区在哪里
对于缓冲区的概念我们在 进度条实现 的插叙章节中有做探讨但只是一个简单的讲解。
我们对缓冲区有一个共识也知道它的存在但我们还没有去深入理解它。
我们先来探讨第一个问题
什么是缓冲区缓冲区的本质就是一段内存。为什么要有缓冲区为了 解放使用缓冲区的进程时间。缓冲区的存在可以集中处理数据刷新减少 IO 的次数从而达到提高整机的效率的目的。缓冲区在哪里我们写一段代码来感受 缓冲区 的存在
代码演示用 printf 和 write 各自打印一段话 1 #include stdio.h 2 #include sys/stat.h 3 #include sys/types.h 4 #include unistd.h 5 #includestring.h 6 7 int main(void) 8 { 9 printf(Hello printf\n); // stdout - 1 10 const char* msg Hello write\n; 11 write(1, msg, strlen(msg)); 12 13 sleep(5); // 休眠五秒 14 15 return 0; 16 }
运行结果 但是如果我们去除 \n我们就会发现 printf 的内容没有被立马打印而 write 立马就出来了 运行结果 为什么sleep5s之后才打印出hello printf
1、语言级缓冲区
首先我们要知道printf 内部就是封装了 write
printf 里打印的内容 Hello printf 实际上是在缓冲区里的printf 不显示的原因是没有带 \n数据没有被立即刷新所以 sleep 时 printf 的内容没有被显示出来。
此时如果我们想让他刷新可以手动加上 fflush(stdout) 刷新一下缓冲区。
至此我们说明了printf 没有立即刷新的原因是因为有缓冲区的存在。
可是write 是立即刷新的既然 printf 又封装了 write那么缓冲区究竟在哪
这个缓冲区一定不在 write 内部因为如果这个缓冲区是函数内部提供的那么直接刷新出来了。
所以这个缓冲区它只能是 C 语言提供的该缓冲区是一个 语言级缓冲区 (语言级别的缓冲区) 。
我们再演示一次这次选用 C 库函数 printf, fprintf 和 fputs系统调用接口 write观察其现象。 代码演示老样子首先给它们都带上 \n
#include stdio.h
#include sys/stat.h
#include sys/types.h
#include unistd.h
#include string.h
int main(void)
{// 给它们都带上 \nprintf(Hello printf\n); // stdout - 1fprintf(stdout, Hello fprintf!\n);fputs(Hello fputs!\n, stdout);const char* msg Hello write\n;write(1, msg, strlen(msg));sleep(5);return 0;
}
运行结果 代码演示现在我们再把 \n 去掉 运行结果 此时结果是只有 write 内容先出当退出时 printf, fprint, fputs 的东西才显示出来。
然而 write 无论带不带 \n 都会立马刷新也就是说只要 printf, fprint, fputs 调了 write 数据就一定显示。 我们继续往下深挖stdout 的返回值是 FILEFILE 内部有 struct封装很多的成员属性其中就包括 fd还有该 FILE 对应的语言级缓冲区。
C 库函数 printf, fwrite, fputs... 都会自带缓冲区但是 write 系统调用没有带缓冲区。
我们现在提及的缓冲区都是用户级别的缓冲区为提高性能OS 会提供相关的 内核级缓冲区。
库函数在系统调用的上层是对系统调用做的封装但是 write 没有缓冲区这说明了
该缓冲区是二次加上的由 C 语言标准库提供我们来看下 FILE 结构体 放到缓冲区当数据积累到一定程度时再刷。
2、fflush 是怎么运行的
如果在刷新之前关闭了 fd会有什么问题
int main(void)
{printf(Hello printf); // stdout - 1fprintf(stdout, Hello fprintf!);fputs(Hello fprintf!, stdout);const char* msg Hello write;write(1, msg, strlen(msg));close(1); // 直接把内部的文件关掉了看你怎么刷sleep(5);return 0;
} 运行结果 之前的代码示例中为了解决这个问题我们用 fflush 冲刷缓冲区让数据 变 了出来
int main(void)
{close(1);int fd open(log.txt, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);if (fd 0) {perror(open);return 1;}printf(fd: %d\n, fd);fflush(stdout);close(fd);
}
运行结果 重定向到文件中时不用 fflush直接调 close 文件显示不出来的原因是数据暂存到了缓冲区。
既然缓冲区在 FILE内部在 C 语言中我们每一次打开一个文件都要有一个 FILE* 会返回。
这就意味着每一个文件都有一个 fd 和属于它自己的语言级别缓冲区。
3、缓冲区的刷新策略 刷新策略即什么时候刷新刷新策略分为常规策略 和 特殊情况。
常规策略
无缓冲 (立即刷新) 行缓冲 (逐行刷新) 全缓冲 (缓冲区打满再刷新)
特殊情况
进程退出用户强制刷新即调用 fflush
下面我们运行一组代码
#include stdio.h
#include sys/stat.h
#include sys/types.h
#include unistd.hint main(void)
{const char* str1 hello printf\n;const char* str2 hello fprintf\n;const char* str3 hello fputs\n;const char* str4 hello write\n;// C 库函数printf(str1);fprintf(stdout, str2);fputs(str3, stdout);// 系统接口write(1, str4, strlen(str4));// 调用完了上面的代码才执行的 forkfork();return 0;
}
运行结果如下 到目前为止还很正常四个接口分别输出对应的字符串打印出 4 行没问题。
但如果我们此时重定向比如输入 ./myfile log.txt怪事就发生了log.txt 中居然有 7 条消息 解读当我们重定向后本来要显示到显示器的内容经过重定向显示到了文件里
如果对应的是显示器文件刷新策略就是 行刷新 如果是磁盘文件那就是 全刷新即写满才刷新
然而这里重定向由显示器重定向到了文件缓冲区的刷新策略由 行缓冲 转变为 全缓冲。
文件中有 7 条printf 出现 2 次fprintf 出现 2 次fputs 出现 2 次但是 write 只有一次
这和缓冲区有关因为 write 压根不受缓冲区的影响。
fork 要创建子进程之后父子进程无论谁先退出它们都要面临的问题是父子进程刷新缓冲区。 刷新的本质把缓冲区的数据 write 到 OS 内部清空缓冲区。
这里的 缓冲区 是自己的 FILE 内部维护的属于父进程内部的数据区域。
所以当我们刷新时代码和数据要发生写实拷贝即父进程刷一份子进程刷一份
因而导致上面的现象printf, fprintf, fputs 刷了 2 次到了 log.txt 中。 还有一点点我们下次再讲感谢阅读
