Linux下的文件描述符

引文

在 Linux 的世界里，一切设备皆文件。对文件的操作都是通过文件描述符（fd）来进行的。

Linux 中有7种文件类型：

文件类型	文件类型描述	符号
普通文件	最常使用的一类文件，其特点是不包含有文件系统信息的结构信息。这种类型的文件是按照其内部结构又可分为纯文本文件(ASCII)、二进制文件(binary)、数据格式的文件(data)、各种压缩文件。	REG (-)
目录文件	用于存放文件名以及其相关信息的文件，是内核组织文件系统的基本节点。	DIR (d)
块设备	块设备文件：就是存储数据以供系统存取的接口设备，简单而言就是硬盘。	BLK (b)
字符设备	字符设备文件：即串行端口的接口设备，例如键盘、鼠标等等。	CHR （c)
套接字	这类文件通常用在网络数据连接。可以启动一个程序来监听客户端的要求，客户端就可以通过套接字来进行数据通信。	SOCK(s)
管道	一种很特殊的文件，主要用于不同进程的信息传递。	FIFO （p)
链接	一种特殊文件，指向一个真实存在的文件链接，类似于Windows下的快捷方式，链接文件的不同，又可分为硬链接和软链接。	LNK (l)
未知	…	…

我们可以通过 Il 命令来查看文件类型：

1. 文件描述符

**文件描述符相当于非负的索引。**我们可以通过文件描述符操作相应的文件。

Linux进程会默认打开三个文件描述符：

0 ：标准输入 stdin
1 ：标准输出 stdout
2 ：标准错误 stderror

文件描述符的分配原则：分配出未被占用的最小文件描述符。

一般来说，我们打开文件后占用一个文件描述符3（0、1、2已被标准文件描述符占用），下一个则是4（如果它没被占用的话）…

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {// int open(const char *pathname, int flags);//     参数：//         - pathname：要打开的文件路径//         - flags：对文件的操作权限设置还有其他的设置//           O_RDONLY,  O_WRONLY,  O_RDWR  这三个设置是互斥的//     返回值：返回一个新的文件描述符，如果调用失败，返回-1// 打开或创建一个文件int fd1 = open("temp.txt", O_RDONLY | O_CREAT);if(fd1 == -1) {perror("open");return -1;}int fd2 = open("temp.txt", O_RDONLY );if(fd2 == -1) {perror("open");return -1;}printf("fd1: %d\n", fd1);printf("fd2: %d\n", fd2);// 关闭文件描述符close(fd1);close(fd2);return 0;
}

运行结果：

我们观察上述代码可以发现：同一个进程的不同文件描述符可以指向同一个文件。

同时，当我们复制该会话（相当于打开了一个新进程），再运行该程序：

发现fd1 = 3 和 fd2 = 4，这表明：不同进程可以拥有相同的文件描述符。

进而，不同进程的不同文件描述符也可以指向同一个文件。

2. dup 和 dup2

2.1 dup函数

Linux下可通过 man 命令查看它们的具体使用。

ydh@ubuntu:~/linux/test_dup$ man 2 dup
ydh@ubuntu:~/linux/test_dup$ man 2 dup

头文件：#include <unistd.h>

函数原型：int dup(int oldfd);

作用：复制一个新的文件描述符，从空闲的文件描述符表中找一个最小的，作为新的拷贝的文件描述符。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>int main() {int fd = open("a.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);int fd1 = dup(fd);if(fd1 == -1) {perror("dup");return -1;}printf("fd : %d , fd1 : %d\n", fd, fd1);close(fd);char * str = "hello,world\n";int ret = write(fd1, str, strlen(str));if(ret == -1) {perror("write");return -1;}close(fd1);return 0;
}

运行结果：

观察运行结果可以发现，fd1被分配到了一个最小的空闲文件描述符；fd1 和 fd 指向同一个文件，当我们通过操作fd1进行写数据时，fd指向的文件发生了修改。

2.2 dup2函数

#include <unistd.h>

int dup2(int oldfd, int newfd);

作用：重定向文件描述符

假如 oldfd 指向 a.txt, 而 newfd 指向 b.txt，调用函数成功后：newfd 和 b.txt 做close, newfd 指向了 a.txt

注：oldfd 必须是一个有效的文件描述符，oldfd和newfd值相同，相当于什么都没有做

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>int main() {int fd = open("1.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);if(fd == -1) {perror("open");return -1;}int fd1 = open("2.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);if(fd1 == -1) {perror("open");return -1;}printf("fd : %d, fd1 : %d\n", fd, fd1);int fd2 = dup2(fd, fd1);if(fd2 == -1) {perror("dup2");return -1;}// 通过fd1去写数据，实际操作的是1.txt，而不是2.txtchar * str = "hello, dup2";int len = write(fd1, str, strlen(str));if(len == -1) {perror("write");return -1;}printf("fd : %d, fd1 : %d, fd2 : %d\n", fd, fd1, fd2);close(fd);close(fd1);return 0;
}

运行结果：

上述代码运行成功后，fd2从原来的2.txt，指向了1.txt。

3.fcntl函数

fcntl 函数所需头文件：

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

函数原型：

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

参数含义：

fd : 表示需要操作的文件描述符

cmd: 表示对文件描述符进行如何操作

… /* arg */：为可选参数

fcntl的两个常用功能：

复制文件描述符

 int fd = open("1.txt", O_RDONLY);// F_DUPFD : 复制文件描述符,复制的是第一个参数fd，得到一个新的文件描述符（返回值）int ret = fcntl(fd, F_DUPFD);

修改或者获取文件描述符状态flag

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {// 2.修改或者获取文件描述符状态flagint fd = open("1.txt", O_RDWR);if(fd == -1) {perror("open");return -1;}// 获取文件描述符状态flagint flag = fcntl(fd, F_GETFL);if(flag == -1) {perror("fcntl");return -1;}flag |= O_APPEND;   // flag = flag | O_APPEND// 修改文件描述符状态的flag，给flag加入O_APPEND这个标记int ret = fcntl(fd, F_SETFL, flag);if(ret == -1) {perror("fcntl");return -1;}char * str = "world";write(fd, str, strlen(str));close(fd);return 0;
}

上述代码为文件描述符增加了O_APPEND（追加）选项，向1.txt中追加了"world"。

其他更多选项可通过man指向进行查询。

ydh@ubuntu:~/linux/test_fcntl$ man 2 fcntl