【看表情包学Linux】初识文件描述符 | 虚拟文件系统 (VFS) 初探 | 系统传递标记位 | O_TRUNC | O_APPEND

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💭 写在前面：通过上一章节的讲解，想必大家已对文件系统基本的接口有一个简单的了解，本章我们将继续深入讲解，继续学习系统传递标志位，介绍 O_WRONLY, O_TRUNC, O_APPEND 和 O_RDONLY。之后我们就正是打开文件描述符 fd 的大门了，之前我们所探讨讲解的系统文件操作，都是为了给文件描述符做铺垫的，可见这这一块知识点是相当的重要。话不多说，让我们正式开始本章的学习！

📜 本章目录：

Ⅰ. 系统传递标记位

0x00 引入：O_WRONLY 没有像 w 那样完全覆盖？

0x01 O_TRUNC 截断清空（对标 w）

0x02  O_APPEND 追加（对标 a）

0x03 O_REONLY 读取

Ⅱ. 文件描述符（fd）

0x00 引入：open 参数的返回值

0x01 文件描述符的底层理解

0x02 理解：Linux 下一切皆文件

0x03 初识 VFS（虚拟文件系统）

0x04 回头看问题：fd 的 0,1,2,3... 

未上榜

Ⅰ. 系统传递标记位

💬 代码演示：当前我们的 log.txt 内有 5 行数据，现在我们执行下面的代码：

int main(void)
{
    umask(0);
    // 当我们只有 O_WRONLY 和 O_CREAT 时
    int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
    if (fd < 0) {
        perror("open"); 
        return 1;
    }
    printf("fd: %d\n", fd); 
    
    // 修改：向文件写入 2 行信息
    int cnt = 0;
    const char* str = "666\n";  // 修改：内容改成666（方便辨识）
    while (cnt < 2) {
       write(fd, str, strlen(str));
       cnt++;
    }

    close(fd);

    return 0;
}

🚩 运行结果如下：

0x01 O_TRUNC 截断清空（对标 w）

 在我们打开文件时，如果带上 O_TRUNC

如果文件存在，并且打开是为了写入，O_TRUNC 会将该文件长度缩短 (truncated) 为 0。

也就是所谓的 截断清空 (Truncate Empty) ，我们默认情况下文件系统调用接口不会清空文件的，

但如果你想清空，就需要给 open() 接口 带上 O_TRUNC 选项：

💬 代码演示：让 open() 达到 fopen 中 "w"

int main(void)
{
    umask(0);
    int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
    if (fd < 0) {
        perror("open"); 
        return 1;
    }
    printf("fd: %d\n", fd); 
    
    // 向文件写入 2 行信息
    int cnt = 0;
    const char* str = "666\n";
    while (cnt < 2) {
       write(fd, str, strlen(str));
       cnt++;
    }

    close(fd);

    return 0;
}

🚩 运行结果如下：

int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREATE | O_APPEND, 0666);

💬 代码演示：让 open() 达到 fopen 中 "a"

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    umask(0);
    int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
    if (fd < 0) {
        perror("open"); 
        return 1;
    }
    printf("fd: %d\n", fd); 
    
    // 向文件写入 2 行信息
    int cnt = 0;
    const char* str = "666\n";
    while (cnt < 2) {
       write(fd, str, strlen(str));
       cnt++;
    }

    close(fd);

    return 0;
}

🚩 运行结果如下：

 我们再来对照

 语言的 fopen，想做到这样的效果只需要一个 "a" ：

open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
fopen("log.txt", "a");

实际上，系统级别的接口本来就是被文件接口封装的，fopen 是系统级文件接口的底层实现。

我们的 a, w, r... 在底层上实际上就是这些 "O_" 组合而成的，使用系统接口麻烦吗？

当然麻烦！要记这么多东西，当然还是 C 语言用的更爽了，一个字母标明文件模式就行了。

0x03 O_REONLY 读取

如果我们想读取一个文件，那么这个文件肯定是存在的，我们传 O_RDONLY 选项：

int main()
{
    umask(0);

    int fd = open("log.txt", O_RDONLY);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    printf("fd: %d\n", fd);

    char buffer[128];
    ssize_t s = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (s > 0) {
        buffer[s] = '\0';  // 最后字符串序列设置为 '\0' 
        printf("%s", buffer);
    }


    close(fd);   
    
    return 0;
}

🚩 运行结果如下：

Ⅱ. 文件描述符（fd）

0x00 引入：open 参数的返回值

int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);

我们使用 open 函数举的例子中，一直是用一个叫做 fd

fopen 中我们习惯使用 fp / pf 接收返回值，那是因为是 fopen 的返回值  FILE*

file pointer 的缩写即是 fp，所以我们就习惯将这个接收 fopen 返回值的变量取名为 fp / pf。

那为什么接收 open 的返回值的变量要叫 fd 呢？

这个 fd 究竟是何方神圣？我们现在就揭开其神秘面纱，一睹芳容！它就是……

open 如果调用成功会返回一个新的 文件描述符 (file descriptor) ，如果失败会返回 -1 。

•  ：失败 (success)
•  ：成功 (failed)

💬 代码演示：我们现在多打开几个文件，观察 fd

int main(void)
{
    int fd_1 = open("log1.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
    int fd_2 = open("log2.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
    int fd_3 = open("log3.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
    int fd_4 = open("log4.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
    int fd_5 = open("log5.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);

    printf("fd_1: %d\n", fd_1); 
    printf("fd_2: %d\n", fd_2); 
    printf("fd_3: %d\n", fd_3); 
    printf("fd_4: %d\n", fd_4); 
    printf("fd_5: %d\n", fd_5); 
    
    close(fd_1);
    close(fd_2);
    close(fd_3);
    close(fd_4);
    close(fd_5);

    return 0;
}

🚩 运行结果如下：

📌 [ 笔者 ]   王亦优
📃 [ 更新 ]   2023.3.24
❌ [ 勘误 ]   /* 暂无 */
📜 [ 声明 ]   由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
              本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！