在進行C語言學習的時候我們瞭解到了C語言相關的一些IO操作，如fopen，fwrite，fread，fprintf，fclose等相關函式，他們都是由C庫函式提供的一些函式，是將作業系統的系統呼叫加以封裝，雖說Linux是由C語言實現的，但為了使我們更加的瞭解Linux，就需要了解更接近與底層的一些IO操作，因此就需要來了解下基本的系統呼叫—open，write，read，close

首先我們來了解下open，write，read，close的系統呼叫

open

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
 

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5

open有三個引數 
pathname：要開啟或建立的目標檔名 
flags：對檔案進行多種操作也就有有多個引數，這多個引數可以進行或運算，即就是flags 
引數：

1. O_RDONLY:只讀開啟
2. O_WRONLY:只寫開啟
3. O_RDWR:讀，寫開啟
4. O_CREAT:若檔案不存在，建立檔案
5. O_APPEND:追加寫

引數1，2，3，必須制定一個且只能制定一個，使用引數4，必須使用open的第三個引數mode：新檔案的訪問許可權

返回值：成功：新開啟檔案的檔案描述符（fd） 
失敗：-1

write

#include <unistd.h>

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

• 1
• 2
• 3
• 4

fd：檔案描述符 
buf：寫入的緩衝區 
count：寫的字元長度，也就是看你需要寫多少

read

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

• 1
• 2
• 3
• 4

read的引數和write的引數很相像，只有第二個引數的含義有些不一樣，它的buf是需要讀的緩衝區

close

#include <unistd.h>
int close(int
 
 fd);

• 1
• 2
• 3
• 4

close的引數就相對簡單了，這一個操作是不能遺漏的，只要了使用fd就必須close它

在這幾個函式中都涉及到了關鍵的引數fd，因此要了解這幾個函式，就必須先了解下檔案描述符（fd）。

什麼是檔案描述符，這是一個相對抽象的概念，我們先來看看下面這張圖

在PCB結構體中存在一個files指標，它指向一個file_struct結構體，而在file_struct結構體中存在一個file* fd陣列，這個數組裡面存放的是file指標，用來指向不同的file檔案，而fd就可以理解為這個指標陣列的下標，因此要開啟一個檔案，我們就可以拿到該檔案的fd就可以了。

fd的分配原則： 
在files_struct陣列當中，使用沒有被使用的最小下標，作為新的檔案描述符。 
作業系統預設使用了該陣列的前三個元素，0號下標指向標準輸入（stdin），1號下標指向標準輸出（stdout），2號下標指向標準錯誤（stderr）。 
因此正常情況下，新的fd都是從3開始的，但如果我們關閉了預設的fd，新的檔案的fd就從關閉的fd處開始。

說到了fd，我們就不得不來區分下FILE和fd

FILE是C庫當中提供的一個結構體，而fd是系統呼叫，更加接近於底層，因此FILE中必定封裝了fd。

我們可以來看看FILE的結構體： 
typedef struct _IO_FILE FILE;在/usr/include/stdio.h

它的結構體中有這麼一段：

struct _IO_FILE {
  int _flags;       /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */
#define _IO_file_flags _flags

//緩衝區相關
  /* The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. */
  /* Note:  Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */
  char* _IO_read_ptr;   /* Current read pointer */
  char* _IO_read_end;   /* End of get area. */
  char* _IO_read_base;  /* Start of putback+get area. */
  char* _IO_write_base; /* Start of put area. */
  char* _IO_write_ptr;  /* Current put pointer. */
  char* _IO_write_end;  /* End of put area. */
  char* _IO_buf_base;   /* Start of reserve area. */
  char* _IO_buf_end;    /* End of reserve area. */
  /* The following fields are used to support backing up and undo. */
  char *_IO_save_base; /* Pointer to start of non-current get area. */
  char *_IO_backup_base;  /* Pointer to first valid character of backup area */ 
  char *_IO_save_end; /* Pointer to end of non-current get area. */

  struct _IO_marker *_markers;

  struct _IO_FILE *_chain;

  int _fileno;//fd的封裝

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19
• 20
• 21
• 22
• 23
• 24
• 25
• 26

可以看到int_fileno就是對fd的封裝，在這一部分的開頭有一大段跟緩衝區相關的內容，為什麼要諾列出它呢，首先可以來看一個很詭異的例子：

  #include <stdio.h>                                                            
  #include <string.h>
  #include <unistd.h>
  #include <sys/stat.h>
  #include <sys/types.h>
  #include <fcntl.h>

  int main(){
      const char *msg1 = "hello printf\n";
      const char *msg2 = "hello fwrite\n";
      const char *msg3 = "hello write\n";

      printf(msg1);
      fwrite(msg2, 1, strlen(msg2), stdout);
      write(1, msg3, strlen(msg3));
      fork();
      return 0;
  }

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19

執行結果： 
[[email protected] test]$ ./hello 
hello printf 
hello fwrite 
hello write

但當我們對程序實現輸出重定向，你就會發現詭異的事情： 
[[email protected] test]$ ./hello > file

[[email protected] test]$ cat file 
hello write 
hello printf 
hello fwrite 
hello printf 
hello fwrite

這是為什麼呢，這是跟C庫的緩衝資料有關，C庫緩衝資料分為三種（1）、無緩衝（2）、行緩衝（3）、全緩衝。 
行緩衝就是往顯示器上寫，全緩衝就是往檔案裡寫。 
在上面的現象中，write不受影響是因為它屬於系統呼叫，沒有緩衝區，而printf和fwrite會自帶緩衝區，當發生重定向到普通檔案的時候，它就會從行緩衝轉變為全緩衝，也就是會往檔案裡面寫寫，但是我們緩衝區裡的資料，即使fork也不會立即被重新整理，當程序退出後會統一重新整理，寫入檔案，但是fork的時候會發生寫時拷貝，也就是當父程序準備重新整理的時候，子程序就已經有了一份相同的資料，所以就會產生上面的現象。

瞭解下重定向。 
重定向分為三種：

1. 輸出重定向（>） 也就是關閉fd為1下標所指向的內容
2. 輸入重定向（<） 同理就是關閉fd為0下標所指向的內容
3. 追加重定向（>>） 後面多一個追加選項