【Linux】重定向 | 为什么说”一切皆文件？“
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前言
1.文件描述符分配规则
2.dup2 重定向接口
3.重定向
3.1>输出重定向
3.2>>追加重定向
3.3<输入重定向
3.4 shell 模拟实现< >
3.5 理解>
4. 理解“Linux 下一切皆文件”
前言
问：fd 为什么默认从 3 开始，而不是从 0,1,2?
💬 前面还存在默认标准文件，stdin, stdout, stderr ，和 0,1,2一一对应
验证：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(void)
{
int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if (fd < 0) {
perror("open");
return 1;
}
printf("fd: %d
", fd);
close(fd);
}
1.文件描述符分配规则
❗ 从 0 下标开始，寻找最小的没有使用的数组位置，它的下标就是新文件的文件描述符
（1） 关闭0，对返回的 fd 进行测试
int main(void)
{
close(0);
int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if (fd < 0) {
perror("open");
return 1;
}
printf("fd: %d
", fd);
close(fd);
}运行：
（2）关闭 1
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
// close(0);
// close(2);
close(1);
umask(0);
int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
if(fd == -1)
{
perror("open");
exit(1);
}
printf("fd:%d
",fd);
//这里必须刷新一下，不然log.txt里面没有内容，这里和缓冲区有关，下面讲
fflush(stdout);
close(fd);
return 0;
} 运行;
❓ 本来应该直接打到显示器上的消息，打印到了 log.txt 上，是为什么呢?
A: 进程不 care 1 文件发生的变化，先关闭再 open，根据验证规则，会实现对 1 文件的补充重定向
❗ 重定向的本质：上层用的 fd 不变，在内核中更改 fd 对应的 struct file* 地址
2.dup2 重定向接口
man dup2
NAME 中提到：dup 复制文件描述符
函数功能：
dup2函数将文件描述符oldfd复制到newfd，并返回一个新的文件描述符。如果newfd已经打开，则将先关闭它。新的文件描述符将继承oldfd的文件状态标志（例如，文件偏移量、文件访问模式等）。函数返回值：
- 成功时，返回新的文件描述符；失败时，返回-1，并设置errno变量来指示错误类型。
具体应用： new be old ，新的被老的覆盖，所以保留的是 old，dup2（old, new),所以前一个文件会拷贝形成 double 份，如果想实现对之前操作的实现，即 dup2(fd,1)
tip: 拷贝的是下标指针 struct 的 拷贝替换
#include
#include
#include
#include
int main()
{
// close(0);
// close(2);
// close(1);
umask(0);
int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
if(fd == -1)
{
perror("open");
exit(1);
}
//重定向
dup2(fd,1);
printf("fd:%d
",fd);
//这里必须刷新一下，不然log.txt里面没有内容
fflush(stdout);
close(fd);
return 0;
} 运行：
fd 覆盖了 log,应该输出到 1 中的，就到 fd 文件里面了
3.重定向
3.1>输出重定向
上面内容就是输出重定向，把新打开文件的fd重定向到fd为1（默认为显示器）的位置。
3.2>>追加重定向
实现在文件原内容后面的添加
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
// close(0);
// close(2);
// close(1);
umask(0);
// int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);
if(fd == -1)
{
perror("open");
exit(1);
}
//重定向
dup2(fd,1);
printf("add hello
");
//这里必须刷新一下，不然log.txt里面没有内容
fflush(stdout);
close(fd);
return 0;
}
3.3<输入重定向
测试：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
// close(0);
// close(2);
// close(1);
umask(0);
// int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
// int fd=open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);
int fd=open("log.txt",O_RDONLY);
if(fd == -1)
{
perror("open");
exit(1);
}
//输入重定向
dup2(fd,0);
char outbuffer[64];
while(1)
{
printf("<");
if(fgets(outbuffer,sizeof(outbuffer),stdin) == NULL) break;
printf("%s",outbuffer);
}
return 0;
} 输入重定向:
- 使用
dup2(fd, 0)将文件描述符fd重定向到标准输入（文件描述符0），即从此程序的标准输入将从log.txt读取。
读取并输出内容:
- 声明一个字符数组
outbuffer[64]用于存储从标准输入读取的内容。- 使用
while循环不断读取标准输入（现在是log.txt的内容）直到文件结束。printf("<")打印一个提示符。fgets(outbuffer, sizeof(outbuffer), stdin)从标准输入读取一行，如果读取失败（例如文件结束），则退出循环。printf("%s", outbuffer)将读取的内容打印到标准输出。
❗ fgets(stdin)的显示，由键盘变为了从文件中读取，后并打印
C++联动：
>输入（将内容添加到文件之中），<读取（由从键盘读取变为了从某文件读取 fgets 0->fgets file）
3.4 shell 模拟实现< >
思路：
头文件
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// 定义重定向类型
#define NONE 0
#define IN_RDIR 1
#define OUT_RDIR 2
#define APPEND_RDIR 3
#define LEFT "<"
#define RIGHT ">"
#define LABLE "$"
// 全局变量用于重定向
char *rdirfilename;
int rdir = NONE;
int lastcode;
int quit = 0;
char commandline[1024];
// 函数声明
void getpwd();
char* getusername();
char* gethostname1();
void check_redir(char *cmd);
void interact(char *cline, int size);
void NormalExcute(char *_argv[]);
- check_redir：
- 该函数处理命令字符串以识别和处理输入（
<）、输出（>）和追加（>>）重定向。它更新命令字符串以排除重定向部分，并相应地设置全局变量rdirfilename和rdir。
// 检查并处理命令中的重定向
void check_redir(char *cmd) {
char *pos = cmd;
while (*pos) {//遍历pos
if (*pos == '>') {//查找重定向符号，对之后实现替换
if (*(pos + 1) == '>') {//追加重定向
*pos++ = ' ';
*pos++ = ' ';//切换字符并跳过
while (isspace(*pos)) pos++;//后面的判断怎么理解呢
rdirfilename = pos;//将文件名赋给
rdir = APPEND_RDIR;//命令行操作
break;
} else {
*pos = ' ';
pos++;
while (isspace(*pos)) pos++;
rdirfilename = pos;
rdir = OUT_RDIR;
break;
}
} else if (*pos == '<') {
*pos = ' '; // ls -a -l -n < filename.txt
pos++;
while (isspace(*pos)) pos++;
rdirfilename = pos;
rdir = IN_RDIR;
break;
}
pos++;
}
}- interact：
-
- 该函数提示用户输入，获取命令行，并调用
check_redir处理任何重定向。
- 该函数提示用户输入，获取命令行，并调用
void interact(char *cline, int size) {
getpwd();//获取当前工作目录并打印提示符
printf(LEFT"%s@%s %s"RIGHT""LABLE" ", getusername(), gethostname1(), pwd);
char *s = fgets(cline, size, stdin);//获取命令行输入
assert(s);
(void)s;
cline[strlen(cline) - 1] = ' ';//移除换行符
check_redir(cline);//处理重定向符号
}
- NormalExcute：
-
- 该函数创建一个新进程来执行给定的命令。如果设置了任何重定向，它会在执行命令之前相应地调整文件描述符。
// Function to execute commands
void NormalExcute(char *_argv[]) {
pid_t id = fork();
if (id < 0) {
perror("fork");
return;
} else if (id == 0) {
int fd = 0;
if (rdir == IN_RDIR) {//对标记的rdir进行操作判断
fd = open(rdirfilename, O_RDONLY);
dup2(fd, 0);
} else if (rdir == OUT_RDIR) {
fd = open(rdirfilename, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, 0666);
dup2(fd, 1);
} else if (rdir == APPEND_RDIR) {
fd = open(rdirfilename, O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND, 0666);
//打开操作的mode设置
dup2(fd, 1);//对文件进行重定向
}
execvp(_argv[0], _argv);
exit(EXIT_FAILURE);
} else {
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if (rid == id) {
lastcode = WEXITSTATUS(status);
}
}
}
- main：
-
- 程序的主循环初始化重定向设置，与用户交互以获取命令，将命令行输入分割成参数，并调用
NormalExcute执行命令。
- 程序的主循环初始化重定向设置，与用户交互以获取命令，将命令行输入分割成参数，并调用
int main() {
while (!quit) {
rdirfilename = NULL;
rdir = NONE;
interact(commandline, sizeof(commandline));
// Tokenize the command line input into arguments
char *argv[64];
int argc = 0;
char *token = strtok(commandline, " ");
while (token != NULL) {
argv[argc++] = token;
token = strtok(NULL, " ");
}
argv[argc] = NULL;
if (argc > 0) {
NormalExcute(argv);
}
}
return 0;
}
- 占位符函数：
-
getpwd、getusername和gethostname1是用于获取当前工作目录、用户名和主机名的占位符函数，应根据需要实现实际功能。
void getpwd() {
// Implement function to get current working directory
}
char* getusername() {
// Implement function to get the username
return "user";
}
char* gethostname1() {
// Implement function to get the hostname
return "hostname";
}运行：
思考：
问：后面我们做了重定向的工作，后面我们在进行程序替换的时候，难道不影响吗？？？
不影响
❗ 程序替换，和文件访问是并列的关系，mm_struct && file_struct ，程序替换，只会替换代码和数据，不影响曾经打开的重定向文件
联系：可以通过对文件调动，为进程替换提供良好的环境
问：子进程重定向会影响父进程吗？
不会
❗ 子进程会对父进程进行写实拷贝
3.5 理解>
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define filename "log.txt"
int main()
{
fprintf(stdout, "hello normal message
");
fprintf(stdout, "hello normal message
");
fprintf(stdout, "hello normal message
");
fprintf(stdout, "hello normal message
");
fprintf(stdout, "hello normal message
");
fprintf(stderr, "hello error message
");
fprintf(stderr, "hello error message
");
fprintf(stderr, "hello error message
");
fprintf(stderr, "hello error message
");
fprintf(stderr, "hello error message
"); 测试：
./mytest 1>nomal.log 2>err.log
//合并
./mytest 1>all.log 2>&1 //实现了覆盖
>默认指向的是 1，那 2 的设置有什么意义呢？
意义： 将错误信息和正确信息分开放了，便于程序员的查看
❗ 对于重定向的记忆
cat(cout)<<输出
>>(cin)输入到
和原理毫不相关，就是用着发现这样挺好记忆的
4. 理解“Linux 下一切皆文件”
🔔 进程通过对文件的管理实现了对设备的管理，设备的信息其实也是以文件的形式存储了
这里可能有这样一个问题，如果同一个文件被多个指针指向，但是某个进程把这个文件关了，会不会影响其他进程对这个文件的操作呢？
A: 其实并不会，一个被打开的文件有引用计数。
表明有几个指针指向这个文件，这样做是因为一个文件可能被多个指针指向。如果某个进程关闭文件，影响到其他进程，就不能保证进程的独立性。close关闭文件，其实并不是真正关闭文件，只是把引用计数减1，当只有一个指针指向这个文件，close关闭文件才是真正关闭这个文件。
文件有*write file 指针，屏蔽掉了设备的差异化，通过指针指向//C++联想：多态，奇类，派生类
思考：
1. 面向对象，是历史的必然，是先进的表现
2. 万变不离其宗：
学习了底层知识，就可以是我们面对各种语言进行文件读取时，读读文档，就能上手操作了
学习思考：通过不断的实验和提问，来进行学习
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