本篇文章，继续和大家分享与Linux相关的知识。本次会涉及的主要内容是文件描述符file descriptor（后续我们简称fd）以及与它相关的知识。
共识原理
文件的共识原理，我们简单做一下梳理。第一个，文件=内容+属性。第二个，文件分为打开的文件和没打开的文件。第三个，打开的文件是谁打开的？是进程。研究打开的文件，本质是研究进程和文件的关系。第四个，没打开的文件放在哪？在磁盘上。我们最关心的是什么问题？没有打开的文件很多，这些文件如何被分门别类的放置好。第五个，根据冯诺依曼体系结构，我们知道，打开的文件必须加载到内存！我们之前说过，一个进程，OS默认会给它打开三个文件，标准输入stdin，标准输出stdout，标准错误stderr这三个文件，这注定了进程和文件的是1:n的关系，也就是一个进程会打开多个文件。这么多的文件，进程需要管理它们，如何管理？先描述，再组织。在内核中，每一个被打开的文件都必须有描述自己的结构体对象。在这个结构体对象里，包含了很多的文件属性，其中一个是结构体对象指针，可以将一个进程打开的文件串联成一个链表。此时，进程对被打开文件的管理，就变成了对链表的增删查改。
回忆C语言的文件接口
fopen
学习C语言时候，我们打开文件用的函数是fopen，它在man手册第三章。它的第一个参数是传文件所在的路径，第二个参数传打开文件的方式，比如说读方式，写方式，读写方式
fclose
在我们对文件操作完之后，需要使用fclose函数，关闭相应的文件。fclose函数只用传一个参数FILE*指针。
演示
这里简单演示，怎么使用fopen和fclose
我们使用ll指令，查看当前路径下的文件，发现没有我们要打开的文件。
编译运行，我们可以发现当前路径下多了一个文件log.txt。此时，我们就能知道fopen函数打开文件的方式。如果该文件存在就正常打开。如果文件不存在就先创建该文件，在打开该文件。
可问题来了，fopen函数怎么知道文件要创建在哪？我们在刚刚的代码基础上增加一些代码，让程序别这么快结束，并打印自己pid
编译运行，使用如下指令查看程序的信息
[common_108@iZf8zaj27gxmvq7veqrekfZ ~]$ ll /proc/12307我们可以发现有一行信息叫当前工作路径，简称cwd。它的路径刚好不就是，我们程序所在的路径吗？当我们调用fopen函数打开函数的时候，如果文件不存在，会先创建文件。如果你第一个参数传给它的是绝对路劲，那么他就会在这个路径下创建文件。如果你给的只是文件名，它会自动把cwd这路径加到文件名前面，于是，我们就看到了文件被创建在我们程序所在的路径下了
按照我刚刚所说的，如果我们更改了程序的当前工作路径，所创建的文件的位置是不是也会发现更改？是的，我们可以使用chdir来改变程序的cwd，看看效果
删除刚刚创建的文件log.txt，我们再次编译运行程序。再次查看当前路径下的文件，我们发现没有log.txt这个文件存在，它去哪了呢？因为我们更改了程序的cwd，它被创建到了/home/common_108这个路径下
fwrite
向文件写入的数据的接口有很多，我们这里使用fwrite。fwrite的第一个参数，传你要写入文件的内容所在的位置，也就是指针。第二个参数，写入文件的内容的大小。第三个参数，传个数，你要写入该内容多少次。第四个参数，传FILE*，告诉它你要写入到那个文件里。
我们把刚刚的代码中的部分无关代码注释掉，并调用fwrite函数对文件进行写入。这里有一个问题：C语言的字符串会以'\0'字符结尾，我们在使用strlen计算字符串长度的时候，需不需要加一？答案是，不需要。因为那是C语言的的规定，和我文件有什么关系。
编译运行，我们就能查看到文件里写入了“hello Linux message”信息
我们将写入数据改为abcd\n，再次编译运行。
编译运行，并查看log.txt文件。我们可以发现原来的内容，不见了。
这是什么原因？这是因为使用fopen以w方式打文件，每次写入数据前，都会对文件进行清空处理。
我们可以简单验证一下，这次我们不调用fwrite函数，只调用fopen函数
编译运行，我们使用cat查看log.txt发现什么内容也没有
大家还记不记得重定向符号‘>’的功能，重定向一个不存在的文件，会创建这个文件。当我们使用重定向向已存在内容的文件里，写入数据，它也会先清空文件，再进行写入。是不是和以w方式调用fopen函数的功能几乎一样呢？
如果你想在已有的内容后面追加内容，则采用a的方式来调用fopen函数。
fprintf
这次写入数据我们换个函数，用fprintf。fprintf函数的第一个参数传FILE*指针，告诉它，你要向那个文件写入。第二个参数，类似于printf的用法，打印的格式
我来演示一下
编译运行，我们就可以看到每次运行之后，文件log.txt的内容逐渐增加
未打开的文件放在哪里？放在磁盘里，那是不是对文件的操作就注定了要对磁盘硬件操作？我们刚刚回忆的四个函数，是库函数，它对文件进行操作，需要使用硬件。库函数是用户的代表，不能直接访问硬件，需要通过操作系统来完成。所以，fopen这四个库函数，一定封装了系统接口。
过渡到系统，认识文件系统调用
我们来认识一下，操作系统为文件操作提供的接口。
open
open函数有两个，我们先来了解第一个。它的第一个参数，传路径名称，也是告诉它你要打开的那个文件。第二个参数，是一个整数，这个参数有固定的选项。常用选项有五个：O_RDONLY（只读），O_WRONLY（只写），O_RDWR（读写），O_CREAT（不存在则创建），O_APPEND（追加写），O_TRUNC（清空文件再写入），这些选项本质就是一个个的宏
题外话：比特位方式的标志位传递方式
针对open的第二个参数，我们得扩展一个题外话：比特位方式的标志位传递方式。大家都知道，一个整数有32个比特位，每个比特位都可以标识一个信息。比如0表示没有该权限，1表示有该权限。open函数的第二个参数就是这个原理。
我们可以简单的实现一个类似的程序来理解，使用最右边的四个比特位来表示ONE、TWE、THREE、FOUR这四个宏。
编译运行，我们发现通过不同的或方式，我们可得到不同的组合功能。这便是open第二个参数的原理。
open函数的返回值是整形，叫文件描述符，file descriptor，简称fd。
如果我们想让open函数，刚刚库函数fopen的共功能。我们除了要使用O_WRONLY选项外，还要再或上O_CREAT和O_TRUNC这个选项。
删除掉刚刚的log.txt。编译运行，就能看到一个新的log.txt了，但是，我们发现这个文件的颜色有点不对，怎么是黄色？普通文件应该是没有颜色的。
这是为什么？这是因为这个文件的权限没做初始化。那如何进行初始化呢？别忘了，我们有第三个参数，open函数的第三参数，用来设置创建文件的初始权限。
这个参数的用法是，先定义umask值为0，再像十进制修改权限的方式那样，设置文件权限就可以了，我们这里设置了读写权限。这里有个问题，全局的umask和我们这定义的umask会用那个？就近原则，程序会用我们在程序里提供的umask
删除刚刚的log.txt。编译运行，我们就得到了一个正常的log.txt文件
write
向文件里写入数据，用到write函数。它是系统调用，第一个参数，传整形数字，也就是文件描述符fd。第二参数，传要写入内容的地址。第三个参数，传要写入内容的大小
我们调用它，向文件log.txt写入内容
编译运行后，cat查看文件，就能看到信息已经写入到了文件log.txt中
我们把写入内容换成”1“
编译运行，我们可以看到log.txt文件中的内容先被清理了，然后，再写入1。
通过刚刚的验证，我们可以得到下面的等价关系，在功能上的等价关系
如果做到与，a方式打开的fopen函数的功能等价，只需要将O_TRUNC选项改为O_APPEND选项即可
编译运行，我们可以发现，每次运行程序都会增加log.txt文件中的内容
功能等价关系如下：
close
关闭文件的函数close，用法很简单，把以打开的文件的fd传给它就可以了
read
read函数，是系统提供的读取文件的接口。它的第一个参数，传fd，告诉它从那个文件读数据。第二个参数，传一段空间的起始地址给它，告诉它把读到的数据放哪里。第三个参数，用来存放读到数据的这段空间有多大
我们简单演示一下
编译运行，它就获取到log.txt文件中的内容了
访问文件的本质（1）
访问文件的本质，就访问文件的本质，为什么后面要加一个（1），因为这里只能分享访问文件的本质，的一部分内容。
fd不是整形吗？那我们是不是可以把它打印出来呢？当然可以
编译运行，打印了一个3。
为什么会是3呢？请听我娓娓道来。
在一个处在运行的进程的task_struct中，有一个指针struct file_struct* files，它指向一个叫struct file_struct的结构体。在这个结构体中，有一个struct file *fd_arrar[] 指针数组，指向一个个被打开的文件的结构体对象struct file。struct file里面包含了很多的文件属性。
我们如何知道打开的位置在哪？通过相应的数组下标呀！其实，fd就是数组的下标。
我们可以试着打印几个看看
编译运行，可以看文件标识符像数组下标一样逐渐增加
fd是数组下标，那为什么？我们打开文件是从3开始，而不是0。还记不记得，一个程序启动的时候，会默认打开三个文件，标准输入stdin，标准输出stdout，标准错误stderr，它们依次使用了数组下标0，1，2的位置。所以，我们打开的文件的fd是从3开始的。
现在，我们需要有一个概念了，Linux下的一切皆文件。stdin对应的是键盘文件，stdout和stderr对应的是显示器文件。
我们可以简单验证一下，我们把fd为1的文件关闭掉再向显示器打印信息
编译运行，我们发现printf确实没法正常打印了，这说明printf函数底层封装了stdout。至于printf的返回值是12，那是因为它以为它打印成功了。
那为什么fprintf可打印呢？这是因为struct file结构体里存在一个引用计数变量count，记录了指向该文件的对象数量。我们刚刚close了数组下标为1的文件，操作系统会找到该文件，发现指向该文件的数量大1，只会对count进行自减一。然后，把数组小标为1的位置置空。你关闭了，管我什么事？stderr，也就是数组小标为2的位置，依然指向对应的显示器。所以，printf无法向显示器打印了，但fprintf可打印
刚刚我们在使用read函数的时候，从文件log.txt中读取内容。现在，我们从fd等于0的文件中读取内容
编译运行，我们发现程序进入阻塞状态
当我们从键盘输入内容后，程序才会继续进行
FILE和fd的关系
FILE和fd是什么关系呢？FILE是C语言自己封装的结构体，这个结构体里面必须封装了文件描述符fd。
怎么证明？
我们可以在stdin，stdout和stderr这三个结构体会有一个成员，叫_fileno
我们可以打印它们的值，正好就是0，1，2
编译运行，是不是对应上了
好了，到这里，我们本次的分享就到此结束了，不知道我有没有说明白，给予你一点点收获。关于更多和Linux相关的知识，会在后面的文章更新。如果你有所收获，别忘了给我点个赞，这是对我最好的回馈，当然你也可以在评论发表一下你的收获和心得，亦或者指出我的不足之处。如果喜欢我的分享，别忘了给我点关注噢。
