操作系统如何访问文件

文件可按照打开状态分为，被进程打开的文件（内存文件）和未打开文件

被进程打开的文件被加载到了内存，没打开的文件在磁盘上

操作系统要管理打开的文件，管理方式：先描述，再组织。操作系统用struct file进行管理文件，里面包含了文件的所有内容，包含属性，但文件的属性又来自哪？由于文件没有被打开时在磁盘上，文件=内容+属性，struct file里文件的属性就来源于磁盘。

进程和文件通过指针数组来进行维护，文件描述符的本质是数组下标

task_struct中包含一个结构体指针，指针指向已打开的文件信息

files_struct结构体，该结构体有很多内容，其中有一个fd_array指针数组，数组默认大小为32或64

struct file里面有很多文件属性

操作系统是这样来访问文件的，fd_array也可以称为文件映射表/文件描述符表

文件描述符本质：数组下标

当用fopen打开文件时，底层调用open，open打开后会得到一个文件描述符，文件描述符被封装成FILE ，以FILE*的方式返回给fopen供用户去使用。

当用户开始fwrite的时候，传进来了一个FILE*（fopen的时候获得FILE*，fopen调用open获得fd，把fd放到FILE*里面），FILE*里面包含fd，并且FILE*里面封装了write，调用write之后就进入到了操作系统内部，然后自己执行了操作系统内部的write方法，执行write方法之后就找到了进程的task_struct，找到task_struct之后就找到了指针，然后找到files_struct，然后找到了fd_array[]，这个数组再配合刚才传进来的fd，就找到了struct_file

文件描述符的分配规则

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。

0,1,2对应的物理设备一般是：键盘，显示器，显示器。

而现在知道，文件描述符就是从0开始的小整数。当我们打开文件时，操作系统在内存中要创建相应的数据结构来描述目标文件。

于是就有了file结构体。表示一个已经打开的文件对象。而进程执行open系统调用，所以必须让进程和文件关联起来。

每个进程都有一个指针*files, 指向一张表files_struct,该表最重要的部分就是包涵一个指针数

组，每个元素都是一个指向打开文件的指针！所以，本质上，文件描述符就是该数组的标。

所以，只要拿着文件描述符，就可以找到对应的文件

我们关掉0

此时fd是0

修改一下，close（0）改为close（2）

我们可以看到此时fd是2，这是因为fd的分配规则是：fd会找到最小的，没有被占用的文件描述符。

此时我们把1关掉

此时不打印，此时fd一定是1，没打印这是因为1是标准输出流。标准输出流是往显示器打印，我们此时关掉了1，所以不往显示器打印了

注释掉关闭文件

注释掉后，内容打印到了log.txt中，这是因为打印的时候printf默认往stdout打（因为1里被stdout占领），stdout是file结构体，这个结构体里fileno默认为1，我们关闭了1，fd便去占领了1，这个fd是打开了log.txt的返回值，也就是1此时对应的是log.txt，printf只认1，而1此时被log.txt占领，所以打印到了log.txt，这种现象叫做输出重定向。常见的重定向有:>, >>, <

printf和fprintf这些应该都往显示器打印（标准输出），关闭1之后，打印到了log.txt中，这是因为1此时被log.txt占领。

当系统启动时，系统会默认打开三个文件，Linux一切皆文件键盘，显示器，显示器，系统会给这三个创建struct file对象，这三个文件分别是键盘，显示器，显示器。把这三个对象的地址填入0（标准输入流），1（标准输出流），2（标准错误流）所对应的指针数组中。在语言层面我们只在下标为1的地址里打印，如果1（默认为显示器）被改为了文件，我们则会把数据打印在文件中。0也是如此如果把0所在下标的内容改为其它文件地址，标准输入流此时就是这个文件，直接获取文件内容

重定向的本质其实是，在操作系统内，更改fd对应的内容指向

从指定的流 stream 读取一行，并把它存储在 buffer所指向的字符串内

此时我们输入什么，它打印什么

只读

稍作修改 ，此时关闭了0，给log.txt分配了0，也就是说log.txt此时成了标准输入流

fgets从log.txt获取了字符串，这就叫输入重定向

重定向

man dup2，把oldfd拷贝给newfd，拷贝的不是fd这个数字，而是指针数组里面的内容

此时如果要输出重定向，就是把myfile的地址放到下标为1的格子，此时应该

dup(3,1)

此时直接打印10086

.

输出重定向

把下标为fd的元素内容（log.txt的地址），拷贝给下标为1的元素

追加重定向，删掉O_TRUNC（清空）加上O_APPEND即可

此时没有close(fd)

添加close(fd)，此时却什么都没打印，这是因为有缓冲区存在

dup2具有刷新缓冲区的操作

如何理解一切皆文件

Linux的设计哲学，体现在软件设计层上，Linux是用C语言写的。

用C语言实现面向对象，让结构体里面包含成员方法，使用函数指针，底层不同的文件，对应着不同的操作方法，下面这些设备都是外设，所以每一个设备的核心访问函数，都可以是read，write(这俩个代表I/O)，所有的设备都可以有自己的read和write，但是，代码的实现，一定是不一样的，这种方式下硬件没有任何的差别，看待所有的文件的方式都统一成了struct file