网站域名ip查询,wordpress 默认登录地址,石家庄企业网站,门户网站开发视频教学理解文件 1.狭义理解#xff1a;(1)文件在磁盘里 (2)磁盘是永久性储存介质#xff0c;所以文件在磁盘上的储存是永久的。(3)磁盘是外设#xff0c;既是输入也是输出设备。 (4)磁盘上的文件本质是对文件的所有操作#xff0c;都是对外设的输入和输出#xff0…理解文件 1.狭义理解(1)文件在磁盘里 (2)磁盘是永久性储存介质所以文件在磁盘上的储存是永久的。(3)磁盘是外设既是输入也是输出设备。 (4)磁盘上的文件本质是对文件的所有操作都是对外设的输入和输出简称IO。 2.广义理解Linux下一切皆文件(键盘显示器网卡磁盘抽象化的过程) 3.文件操作的归类认知(1)对于0kb的空文件也是会占用磁盘空间的显示kb是因为文件内容为空。 (2)文件是文件属性和文件内容的集合 (3)所有的文件操作本质都是对文件内容和文件属性的操作。 4.系统角度 (1)对文件的操作本质是进程对文件的操作。当一个文件被读写访问的时候实际上是进程在进行访问根据冯诺伊曼体系此时文件就会从磁盘被加载到内存之中进程可以通过cpu访问文件的内容数据和属性。一个进程可以打开多个文件那么多个进程就可以打开多个文件此时OS需要管理内存中的文件就必须通过数据结构来将众多的文件关联起来所以在Linux内核中文件就由一个struct file的结构体管理着每一个文件的内容和属性然后通过指针的方式将每一个struct file对象连接起来这样OS就完成了对文件的组织管理这和进程的管理思想是统一的。 (2)⽂件的读写本质不是通过 C 语⾔ / C 的库函数来操作的这些库函数只是为⽤⼾提供⽅便),⽽是通过⽂件相关的系统调⽤接⼝来实现的,所以语言层次的库函数也只是封装了系统调用。 这里使用了fopen来打开文件此时文件被加载到内存中通过fwrite,fprintf,fread等接口可以完成对文件的读写操作。 使用对文件读写的方式模拟cat读取文件注意buffer[bytes_read] 不会自动添加 \0需手动处理。 5.stdin stdout stderr 在进程打开以后会自动打开三个输入输出流分别是stdin,stdout,stderr,这三个流类型都是FILE*在上面提到过一切皆文件所以如果进程会自动打开这三个输入输出流那么我们就能够直接对他们进行读写stdout和stderr都代表显示器stdin代表键盘。 所以我们可以通过写入文件的方式将字符写到显示器然后打印出来。
系统⽂件I/O 1.打开⽂件的⽅式不仅仅是fopenifstream等流式语⾔层的⽅案其实系统才是打开⽂件最底层的⽅案其中底层有两个宏封装的函数可以进行打开文件。 这两个函数唯一的区别是多了一个mode对应的是文件的权限即可以在打开一个不存在的文件时会新建这个文件并设置他的权限不过他会继承父进程的umask所以我们设置的权限是会受umask影响的。结论如果一个文件不需要新建则使用第一个open,需要创建则需要使用第二个open否则文件权限会错乱。 pathname对应的是一个目录下的文件名字如果只写文件名字不带路径默认在当前进程工作木兰下进行查找。flags参数对应文件操作的标志位这是一个32个比特位的参数可以在不同的比特位设置1表示不同的读写权限等这样就可以一次传多个参数我们可以用以下的代码来理解这种以比特位传递标志位的方法。 通过比特位的按位操作符我们就能够使传入一个参数执行符号多个标志位的操作而open中定义了几个常用的标志位 所以我们就能够通过这些参数来实现不同的文件打开读写方式 所以意味着在c语言中的文件打开读写函数都是通过调用系统接口以及传递不同的标志来实现的fopen(file.txt,w) open(file.txt,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC) ,fopen(file.txt,a) open(file.txt,O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND) 系统调⽤接⼝和库函数的关系⼀⽬了然。所以可以认为 f# 系列的函数都是对系统调⽤的封装⽅便⼆次开发。 其中open的返回值fd是一个文件描述符我们可以通过fd对指定的文件进行读写操作打开失败返回-1。Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的⽂件描述符分别是标准输⼊0 标准输出1 标准错误2。0,1,2对应的物理设备⼀般是键盘显⽰器显⽰器。 所以输⼊输出还可以采⽤如下⽅式
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; 那么这个fd究竟是什么fd其实是一个数组的下标是系统层面访问文件的唯一方式。C语言中的FILE* 其实是对fd进行了一个封装printf,scanf函数这些也是语言层面对系统调用的封装这不仅是为了用户的方便操作不需要传递多个标志位等复杂的操作也是对多系统的一个可移植性因为上层使用的都是fopen但是底层有不同的fopen的实现用户在使用的时候不需要关系系统只需要关注语言本身即可。 为什么说fd是一个数组下标在进程task_struct的内部有一个struct files_struct *files指针在这个files_struct结构体中又在存在一个struct file* fd_array[]的指针数组这个file就是我们上面提到的OS用来管理文件的内容和属性的结构 这个指针数组是每个进程PCB内部独享的每个元素都是一个file*,文件在被加载到内存中就会创建自己的file对象其中包括路径属性等一系列信息通过这个指针就能读写该文件本质上⽂件描述符就是该数组的下标。所以只要拿着⽂件描述符就可以找到对应的⽂件。 由于进程在打开以后默认就会打开三个输入输出流所以我们其他文件的文件描述符都是从3开始的但是如果我们将其中stdout关闭下标1就没有元素此时如果有新打开的文件就会使用1作为它的文件描述符可⻅⽂件描述符的分配规则在files_struct数组当中找到 当前没有被使⽤的最⼩的⼀个下标作为新的⽂件描述符。 printf()函数默认是向stdout写入数据这里的stdout其实是封装的一个宏代表1的文件描述符所以是不是意味着如果我们将stdout关闭再打开一个新文件此时再使用printf则会向新文件写入我这里写了一个代码来测试一下 结果显然易见确实将打印的内容输出到文件之中了这种操作我们称之为输出重定向常⻅的重定向有: , , 。 重定向的本质其实是将关闭了的stdout的下标位置的元素的file*指针覆盖成为新打开文件的file*指针printf是C库当中的IO函数⼀般往 stdout 中输出但是stdout底层访问⽂件的时候找的还是fd:1, 但此时fd:1下标所表⽰内容已经变成了log.txt的地址不再是显⽰器⽂件的地址所以输出的任何消息都会往⽂件中写⼊进⽽完成输出重定向。 在linux中我们有对应的系统调用函数dup2(int oldfd, int newfd)来完成这种操作. 但是还有一个问题就是不同的硬件为什么可以使用同样的读写操作其实并不是在struct file内部有一个struct file_operation *f_opfile_operation其中的成员变量都是一些函数指针包括读写函数也就是说文件或者硬件在初始化的时候都会将它们的读写方法函数进行初始化每个硬件即使读写方法不同但是也可以通过这种类似多态的方式完成相关的操作所以说Linux下一切都是文件包括硬件。这样做最明显的好处是开发者仅需要使⽤⼀套 API 和开发⼯具即可调取 Linux 系统中绝⼤部分的资源。举个简单的例⼦Linux 中⼏乎所有读读⽂件读系统状态读PIPE的操作都可以⽤read 函数来进⾏⼏乎所有更改更改⽂件更改系统参数写 PIPE的操作都可以⽤ write 函数来进⾏。 file_operation 就是把系统调⽤和驱动程序关联起来的关键数据结构这个结构的每⼀个成员都对应着⼀个系统调⽤。读取 file_operation 中相应的函数指针接着把控制权转交给函数从⽽完成了Linux设备驱动程序的⼯作。 缓冲区 缓冲区是内存空间的一部分在内存空间中对文件进行的IO操作并不是直接写入文件的而是会将需要写入的内容拷贝到缓冲区在合适的时候由OS写入文件中。缓冲区根据其对应的是输入设备还是输出设备分为输入缓冲区和输出缓冲区。 为什么要引入缓冲区机制读写⽂件时如果不开辟对⽂件操作的缓冲区直接通过系统调⽤对磁盘进⾏操作(读、写等)那么每次对⽂件进⾏⼀次读写操作时都需要使⽤读写系统调⽤来处理此操作即需要执⾏⼀次系统调⽤执⾏⼀次系统调⽤将涉及到CPU状态的切换即从⽤⼾空间切换到内核空间实现进程上下⽂的切换这将损耗⼀定的CPU时间频繁的磁盘访问对程序的执⾏效率造成很⼤的影响。为了减少使⽤系统调⽤的次数提⾼效率我们就可以采⽤缓冲机制。⽐如我们从磁盘⾥取信息可以在磁盘⽂件进⾏操作时可以⼀次从⽂件中读出⼤量的数据到缓冲区中以后对这部分的访问就不需要再使⽤系统调⽤了等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取这样就可以减少磁盘的读写次数再加上计算机对缓冲区的操作快于对磁盘的操作故应⽤缓冲区可提⾼计算机的运⾏速度。⼜⽐如我们使⽤打印机打印⽂档由于打印机的打印速度相对较慢我们先把⽂档输出到打印机相应的缓冲区打印机再⾃⾏逐步打印这时我们的CPU可以处理别的事情。可以看出缓冲区就是⼀块内存区它⽤在输⼊输出设备和CPU之间⽤来缓存数据。它使得低速的输⼊输出设备和⾼速的CPU能够协调⼯作避免低速的输⼊输出设备占⽤CPU解放出CPU使其能够⾼效率⼯作。 标准I/O提供了3种类型的缓冲区 1.全缓冲区这种缓冲⽅式要求填满整个缓冲区后才进⾏I/O系统调⽤操作。对于磁盘⽂件的操作通常使⽤全缓冲的⽅式访问。 2.⾏缓冲区在⾏缓冲情况下当在输⼊和输出中遇到换⾏符时标准I/O库函数将会执⾏系统调⽤操作。当所操作的流涉及⼀个终端时例如标准输⼊和标准输出使⽤⾏缓冲⽅式。因为标准 I/O库每⾏的缓冲区⻓度是固定的所以只要填满了缓冲区即使还没有遇到换⾏符也会执⾏I/O系统调⽤操作默认⾏缓冲区的⼤⼩为1024。 3.⽆缓冲区⽆缓冲区是指标准I/O库不对字符进⾏缓存直接调⽤系统调⽤。标准出错流stderr通常是不带缓冲区的这使得出错信息能够尽快地显⽰出来。 这里写了一个代码关闭stdou t然后再打开log.txt想完成重定向输出的过程但是执行的时候却并没有输出到文件之中这是因为缓冲区的刷新已经由行缓冲区转变为了全缓冲区此时缓冲区还没有满所以不会刷新到文件中但是我们可以强制刷新到文件中使用fflush或者不关闭文件因为进场结束也会自动刷新缓冲区但是提前关闭了文件就导致无法缓冲区内容无法刷新到文件中。 所以我们就可以在上一章我们写的myshell中增加重定向输出输入以及追加需要注意的是要在子进程中进行重定向操作否则会影响进程的后续操作先在子进程重定向再替换程序也会影响替换的程序因为替换程序只是替换了代码和数据但是fd_arry是存在PCB内部的不受进程替换的影响。 我们只需要在解析命令之前提前分析传入的argv之中是否有重定向符号返回将标识符设为对应重定向操作提取需要重定向的文件接着在执行命令的时候根据标识符提前完成重定向再替换程序完成指令。 我们上面说过FILE是对fd的一个封装因为IO相关函数与系统调⽤接⼝对应并且库函数封装系统调⽤所以本质上访问⽂件都是通过fd访问的。 所以有这么一个代码需要我们来研究 此时打印为 但是如果将重定向到文件中就会printf和fwrite重复打印 这是因为第一个打印fork之前文件描述符stdout遇到换行符就会刷新到屏幕中缓冲区被清空 write 直接写入内核也不会在标准 I/O 缓冲区停留。所以 fork 时父进程的标准 I/O 缓冲区已经是空的子进程复制父进程地址空间后不会有残留的缓冲区内容需要输出。最终父进程和子进程退出时标准 I/O 缓冲区无内容因此不会重复打印 当输出被重定向到文件时printf/fwrite 的标准 I/O 缓冲区会切换为 全缓冲需要缓冲区写满、显式 fflush 或程序退出时才会刷新。fork 的关键影响程序执行流程中printf 和 fwrite 的内容会先放到标准 I/O缓冲区因为全缓冲没触发刷新然后执行 forkfork 会复制父进程的整个地址空间包括标准 I/O 缓冲区里未刷新的内容printf 和 fwrite 的数据。之后父进程和子进程各自退出时标准库会自动刷新缓冲区导致 printf 的内容父进程退出刷一次子进程退出刷一次 → 重复。 fwrite 的内容父进程退出刷一次子进程退出刷一次 → 重复。 write 是系统调用直接写入内核不经过标准 I/O 缓冲区所以只输出一次。 所以说明了这个缓冲区是存在于语言层面的与操作系统内核级的缓冲区并不相同这也是c/c语言高效的原因之一为了减少系统调用采用了和内核级缓冲区一样的思路去储存用户输入输出的内容因为系统调用也是有消耗的。那么这个缓冲区究竟是在哪里我们可以在库中发现是和fd一起封装在FILE结构体之中会将用户读写的内容开辟内存空间进行储存当需要全缓冲区满了或者行缓冲区遇到换行符就会将其中的内容写到系统的内核级缓冲区由系统自主写入文件之中。 了解到了以上的原理知识我们知道了IO相关的操作都是对系统调用封装所以我们自己也能去封装属于自己的库这里就模仿封装一个简单的libc库 完整代码已经上传gitee仓库需要的可以自取https://gitee.com/toutie40/study_code.git
