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Linux重定向与缓冲区

ops 2025/8/26 5:00:47

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文件描述符的分配规则

重定向

使用 dup2 系统调用

FILE

文件描述符的分配规则
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{int fd = open("myfile", O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);close(fd);return 0;
}
输出发现是 fd: 3

关闭0或者2，再看
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{close(0);//close(2);int fd = open("myfile", O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);close(fd);return 0;
}
发现是结果是： fd: 0 或者 fd 2 可见，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。

重定向

那如果关闭1呢？看代码：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>int main()
{close(1);int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 00644);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);fflush(stdout);close(fd);exit(0);
}
此时，我们发现，本来应该输出到显示器上的内容，输出到了文件 myfile 当中，其中，fd＝1。这种现象叫做输出重定向。常见的重定向有:>, >>,<。

那重定向的本质是什么呢？

实际上我们的上层是不会变的，也就是说操作系统还是只看fd，但是呢fd对应的文件结构体内容变了，指向了其它文件的地址就会发生这种效果。

使用 dup2 系统调用

函数原型如下:
#include <unistd.h>int dup2(int oldfd, int newfd);
//int fd = open(filename,O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC,0666);int fd = open(filename,O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND,0666);dup2(fd,1);printf("hello world\n");fprintf(stdout, "hello world\n");
printf是C库函数当中的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。

FILE

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C库当中的FILE结构体内部，必定封装了fd。

来段代码在研究一下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{const char *msg0="hello printf\n";const char *msg1="hello fwrite\n";const char *msg2="hello write\n";printf("%s", msg0);fwrite(msg1, strlen(msg0), 1, stdout);write(1, msg2, strlen(msg2));fork();return 0;
}
运行出结果：
hello printf
hello fwrite
hello write
但如果对进程实现输出重定向呢？ ./hello > file ，我们发现结果变成了：
hello write
hello printf
hello fwrite
hello printf
hello fwrite
我们发现 printf 和 fwrite （库函数）都输出了2次，而 write 只输出了一次（系统调用）。为什么呢？肯定和 fork有关！

一般C库函数写入文件时是全缓冲的，而写入显示器是行缓冲。
printf fwrite 库函数会自带缓冲区（进度条例子就可以说明），当发生重定向到普通文件时，数据的缓冲方式由行缓冲变成了全缓冲。
而我们放在缓冲区中的数据，就不会被立即刷新，甚至fork之后
但是进程退出之后，会统一刷新，写入文件当中。
但是fork的时候，父子数据会发生写时拷贝，所以当你父进程准备刷新的时候，子进程也就有了同样的一份数据，随即产生两份数据。
write 没有变化，说明没有所谓的缓冲。、

综上： printf fwrite 库函数会自带缓冲区，而 write 系统调用没有带缓冲区。另外，我们这里所说的缓冲区，都是用户级缓冲区。其实为了提升整机性能，OS也会提供相关内核级缓冲区，不过不在我们讨论范围之内。那这个缓冲区谁提供呢？ printf fwrite 是库函数， write 是系统调用，库函数在系统调用的“上层”，是对系统调用的“封装”，但是 write 没有缓冲区，而 printf fwrite 有，足以说明，该缓冲区是二次加上的，又因为是 C，所以由C标准库提供。