送给大家一句话：
人真正的名字是：欲望。所以你得知道，消灭恐惧最有效的办法，就是消灭欲望。 – 史铁生 《我与地坛》
1 前言
上一篇文章我们复习了C文件IO相关操作，了解了linux下的文件系统调用(open write read )，认识了文件描述符fd值，今天我们来学习重定向和缓冲区，这个缓冲区之前遇到过很多次，比如进度条项目的刷新缓冲区操作。然后我们可以来尝试封装一下系统调用，模拟C语言的文件库。
2 重定向与缓冲区
2.1 文件描述符分配规则
接下来我们来了解重定向！
首先我们来看fd文件描述符的分配规则，我们写一段代码来看：
1 #include<stdio.h>
2 #include<sys/types.h>
3 #include<sys/stat.h>
4 #include<fcntl.h>
5 #include<unistd.h>
6 #include<string.h>
7 #include<stdlib.h>
8
9 const char* filename = "log.txt";
10
11
12 int main()
13 {
14
15 int fd = open("myfile", O_RDONLY);
16 if(fd < 0){
17 perror("open");
18 return 1;
19 }
20 printf("fd: %d\n", fd);
21 close(fd);
22 return 0;
23 }
我们运行来看：
这和我们的预期是一样的，我们文件操作那篇文章讲解了fd 的 0 1 2 分别代表了标准输入，标准输出，标准错误。那么在创建的文件描述符很自然的就使用了3！ 那么加入我们关闭012中的文件呢，那么新打开的文件描述符会是3吗？？？
1 #include<stdio.h>
2 #include<sys/types.h>
3 #include<sys/stat.h>
4 #include<fcntl.h>
5 #include<unistd.h>
6 #include<string.h>
7 #include<stdlib.h>
8
9 const char* filename = "log.txt";
10
11
12 int main()
13 {
14 close(0);
15 int fd = open("myfile", O_RDONLY);
16 if(fd < 0){
17 perror("open");
18 return 1;
19 }
20 printf("fd: %d\n", fd);
21 close(fd);
22 return 0;
23 }
来看：
我们新创建的文件的文件描述符就成了 0 ！
再来试试：
- 关闭 2
close(2)-->新创建的文件的文件描述符就成了 2 - 关闭 1
close(1)-->就什么也打印不出来（标准输出被关闭自然打印不出来） - 关闭 0 2
close(2)close(0)--> 新创建的文件的文件描述符就成了 0
这样我们大致可以总结出来一个结论：
文件描述符的分配规则：进程会查自己的文件描述符表，分配最小的并且没有被使用过的 fd
2.2 重定向的现象
刚才我们看到了文件描述符的分配规则，也发现关闭1 （标准输出）就我们打印出来，我们再来探究一下：如果我们关闭了 标准输出，并打开了一个文件，那么该文件就成为了1 ，来看看会发生什么现象：
1 #include<stdio.h>
2 #include<sys/types.h>
3 #include<sys/stat.h>
4 #include<fcntl.h>
5 #include<unistd.h>
6 #include<string.h>
7 #include<stdlib.h>
8
9 const char* filename = "log.txt";
10
11
12 int main()
13 {
14
15 close(1);
16
17 int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC , 0666);
18 if(fd < 0){
19 perror("open");
20 return 1;
21 }
22 printf("fd: %d\n", fd);
23 fprintf(stdout,"fprintf fd :%d\n",fd);
24
25 fflush(stdout);
26 close(fd);
27 return 0 ;
来看效果：
我们发现并没有在显示器打印出来，而是在新文件log.txt中打印出来了！！！
- 因为我们关闭了1号文件 （标准输出
- 然后又打开了一个文件，那么1号下标就成了该新文件的文件描述符。
- 又因为stdout是对系统的封装，里面封装了 1 号文件
- 那么stdout 的指向没有发生改变（还是1 号文件），所以自然就打印到了log.txt中去了！.
这种技术就叫做 重定向，也就是把本应该打印到显示器的内容打印到了一个其他文件中。
其本质就是在内核中改变文件描述符表特定下标的内容，和上层无关！
可是如果不加入fflush 呢？？？结果是log.txt文件里也什么都没有？！这就涉及缓冲区的内容了。
首先 一个文件都有一个方法表和内核文件缓冲区。同样在C语言中 （stdin stdout stderr都是struct FILE* 的指针，）文件结构体里面一定封装了fd描述符，而且也封装了语言级的缓冲区。以往的 printf fprintf都是先讲内容写到语言级的缓冲区里在写到文件内核缓冲区了，所以fflush作为一个系统调用，就是刷新文件内核缓冲区，使其输出到文件中！！！
而为什么不加入fflush 呢结果是log.txt文件里也什么都没有呢？？？ 就是因为内容写入到文件内核缓冲区里还没有刷新就被close关闭了，所以还没刷新就文件被关闭了，还怎么打印到文件中。而且我们不写fflush 不写close 就可以成功打印到文件中！！！
2.3 重定向的理解
完成重定向的操作肯定不是像我们上面做的那样简单粗暴（又要删除，又要创建新文件），我们有一个系统调用dup2
NAME
dup, dup2, dup3 - duplicate a file descriptor
SYNOPSIS
#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);
#define _GNU_SOURCE /* See feature_test_macros(7) */
#include <fcntl.h> /* Obtain O_* constant definitions */
#include <unistd.h>
int dup3(int oldfd, int newfd, int flags);
每次我们使用dup2 就可以实现重定向 ,来看其功能描述。 dup2() makes newfd be the copy of oldfd, closing newfd first if necessary
通过描述可以知道：
- 首先文件描述符的拷贝不是对数字的拷贝，而是下标所对应内容（文件结构体指针）的拷贝
- 然后是实现了将oldfd的内容拷贝到newfd(多个下标指向一个文件)，
dup2( fd ， 1 )就是将fd指向的文件拷贝到1 （标准输出）里。
这样通过dup2既可以完成重定向：
1 #include<stdio.h>
2 #include<sys/types.h>
3 #include<sys/stat.h>
4 #include<fcntl.h>
5 #include<unistd.h>
6 #include<string.h>
7 #include<stdlib.h>
8
9 const char* filename = "log.txt";
10
11
12 int main()
13 {
14
15 int fd = open(filename , O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);
16
17 dup2(fd,1);
18
19 printf("Hello world!\n");
20 fprintf(stdout,"Hello world!\n");
21 close(fd);
22 return 0;
23 }
来看效果：
这样也实现了重定向的功能！！！比简单粗暴的关闭stdout 再打开新文件好多了！！!
我们也可以将O_TRUNC 换成O_APPEND，这样每次都是追加内容，所以我们的命令也有了对应：
-
>相当于O_TRUNC覆盖 -
>>相当于O_APPEND追加
就这么简单！！！
2.4 缓冲区的理解
缓冲区分为：用户级缓冲区 和 内核缓冲区。缓冲区的作用是：解耦和提高使用者效率。
类比生活中，缓冲区就是类似一个超市，我们不需要去工厂进行采购，这样十分麻烦，而直接去超市就解决了问题。也可以比作顺丰快递，我们想要寄东西，只需要交给快递站就可以，我们不需要考虑快递怎么到达目的地！
所以我们操作系统与语言层中，我们的printf 和 fprintf就不需要考虑我们如何将内容写入到文件中，这不是他们需要关心的事情！！！
那为什么会拷贝两次呢？？？为什么会有两个缓冲区， **因为系统调用是有成本的！**操作系统可能正在执行其他任务，所以为了注重用户体验，就需要缓冲区（也就提高printf fprintf 的效率，因为我们实际上还没有将内容打印到文件，只是打印到了缓冲区，可能调用10次pringtf ,但是只需要刷新一次，是不是刷新IO的效率就高了）
- 缓冲区可以理解为一段内存空间
- 缓冲区是为了给上层通过良好的IO体验（语言 --> 操作系统 --> 磁盘）
- 缓冲区的刷新策略是什么呢？
- 立即刷新
语言层：fflush() , 系统调用：fysnc(int fd)相当于无缓冲 - 行刷新 ：显示器（配合人的阅读习惯）
- 全缓冲，缓冲区写满才刷新：普通文件
- 特殊情况 ：进程退出会自动刷新缓冲区
- 立即刷新
截图内核的刷新策略我们不关心，就针对用户层面来研究。
3 进程与重定向
我们再来与先前的进程控制结合一下，来看：
1 #include<stdio.h>
2 #include<sys/types.h>
3 #include<sys/stat.h>
4 #include<fcntl.h>
5 #include<unistd.h>
6 #include<string.h>
7 #include<stdlib.h>
8
9 const char* filename = "log.txt";
10
11
12 int main()
13 {
14
15 int fd = open(filename , O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);
16
17
18
19 printf("Hello printf!\n");
20 fprintf(stdout,"Hello fprintf!\n");
21
22 const char *msg = "hello write!\n";
23 write(1,msg,strlen(msg));
24
25 fork();
26 close(fd);
27 return 0;
28 }
我们运行一下来看效果：
啊？？？这是什么现象？？？文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-851411.html
- 显示器与文件的打印顺序不一样
- 打印次数不一样？！
- 现象 1： 是因为显示器采用行刷新所以每次换行就会打印出来，普通文件采用全缓冲，最后才会打印出来，打印顺序类似入栈出栈。
- 现象 2 ： 按理说我们fork()之后，创建了子进程，子进程会继承父进程的代码与数据。那么为什么显示器只打印了一遍呢？？？因为显示器采用行刷新，fork的时候，语言缓冲区和内核缓冲区里没有内容，所以子进程不会打印出来。而向文件打印时，fork之前语言缓冲区有内容（printf fprintf ），内核缓冲区有内容（write）。fork后 ，子进程会拷贝一份数据也就语言层的缓冲区被打印了两次，内核缓冲区不会拷贝给子进程（不是用户级，所有用户共享）
缓冲区就在struct file 内部！每个文件都有自己的缓冲区。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-851411.html
Thanks♪(･ω･)ﾉ谢谢阅读！！！
下一篇文章见！！！
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