一、再來理解重定向

1.1 輸出重定向效果演示

分析：ls 指令是顯示當(dāng)前目錄下的文件，本質(zhì)就是將當(dāng)前目錄下所有的文件名以字符串的形式寫入到顯示器文件。采用輸出重定向 >，將原本應(yīng)該寫入顯示器文件的內(nèi)容寫入到了 log.txtx 文件中。

1.2 重定向的原理

在講解重定向原理前，我們需要明確文件描述符的分配規(guī)則，即從0下標(biāo)開始，尋找最小的沒有使用的數(shù)組位置，它的下標(biāo)就是新打開文件的文件描述符。這里沒有使用的意思是該下標(biāo)里面存的是 NULL，即沒有指向任何一個(gè)文件對(duì)象。下面通過一段代碼來為大家展示重定向的原理。

// mytest.c
int main()
{
    close(1);
    int fd = open(FILE_PATH, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        return errno;
    }

    const char* str = "Hello Linux!\n";
    int cnt = 5;
    while(cnt--)
    {
        write(1, str, strlen(str));
    }
    return 0;
}

代碼分析：上面這段代碼就完美的展示了重定向的原理。首先調(diào)用 close 系統(tǒng)調(diào)用將 1 號(hào)下標(biāo)對(duì)應(yīng)的文件關(guān)閉，關(guān)閉的意思就是將 1 下標(biāo)里的內(nèi)容置為 NULL，原本 1 下標(biāo)里面存儲(chǔ)的內(nèi)容是顯示器文件對(duì)象的地址，也就是標(biāo)準(zhǔn)輸出 stdout，緊接著調(diào)用 open 打開了一個(gè)文件，根據(jù)文件描述符的分配規(guī)則，新打開的這個(gè)文件的文件描述符就是 1，即文件描述符表（file*的數(shù)組）1 號(hào)下標(biāo)里面存儲(chǔ)的就是新打開的文件對(duì)象的地址。接下來調(diào)用 write 接口，向 1 號(hào)文件描述符中進(jìn)行寫入，本來 1 號(hào)文件描述符對(duì)應(yīng)的是顯示器文件，原本向顯示器文件中寫入的內(nèi)容，此時(shí)就被寫入到新打開的文件中，沒有向顯示器文件中寫入，因此屏幕上就不會(huì)出現(xiàn)字符串，至此整個(gè)重定向的過程就結(jié)束啦。

總結(jié)：重定向的本質(zhì)是對(duì)數(shù)組下標(biāo)里面的內(nèi)容進(jìn)行修改。

1.3 dup2

上面介紹了重定向的原理，下面介紹一下實(shí)現(xiàn)重定向的系統(tǒng)調(diào)用 dup2。

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);

dup2 的具體實(shí)現(xiàn)并不是向上面代碼中那樣，先將一個(gè)文件描述符關(guān)閉，然后緊接著再打開一個(gè)文件。dup2 的使用方法是，用戶在調(diào)用 dup2 接口前，正常打開一個(gè)文件，不用將顯示器文件關(guān)閉，此時(shí)新打開文件的文件描述符就是 3。接下來調(diào)用 dup2 ，將新打開文件的文件描述符作為 oldfd，將顯示器文件的文件描述符也就是 1，作為 newfd。我們知道，文件描述符本質(zhì)上就是數(shù)組下標(biāo)，dup2 函數(shù)中執(zhí)行的工作就是將 oldfd 下標(biāo)里存儲(chǔ)的文件對(duì)象地址拷貝到 newfd 下標(biāo)里面，至此重定向工作就完成了。

小Tips：dup2 的函數(shù)形參有一個(gè)誤導(dǎo)，我們可能會(huì)覺得新打開文件的描述符是 newfd，其實(shí)不然，這里的 newfd 是將要被覆蓋的文件描述符，oldfd 是新打開文件的描述符。

int main()
{
    // close(1);
    int fd = open(FILE_PATH, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        return errno;
    }
    dup2(fd, 1);
    const char* str = "Hello Linux!\n";
    int cnt = 5;
    while(cnt--)
    {
        write(1, str, strlen(str));
    }
    return 0;
}

代碼分析：上面就是輸出重定向的實(shí)現(xiàn)原理，追加重定向只需要把 O_TRUNC 替換成 O_APPEND。

1.4 輸入重定向效果演示

分析：cat 指令本來是從鍵盤文件中獲取輸入然后寫入顯示器文件中，采用輸入重定向 < 后，是從 log.txt 文件中獲取輸入然后寫入顯示器文件中。

1.5 輸入重定向代碼實(shí)現(xiàn)

// 輸入重定向
int main()
{
    int fd = open(FILE_PATH, O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
    }
    dup2(fd, 0);

    char str[1024];
    ssize_t ret = read(fd, str, sizeof(str) - 1);
    if(ret > 0)
    {
        str[ret] = '\0';
        printf("echo: %s", str);
    }
    return 0;
}

小Tips：進(jìn)程歷史打開的文件與進(jìn)行的各種重定向關(guān)系都和未來進(jìn)行的程序替換無關(guān)，程序替換并不影響文件訪問。進(jìn)程打開文件和何種重定向工作，本質(zhì)上都是進(jìn)程管理的模塊，而程序替換只會(huì)把用戶空間的代碼和數(shù)據(jù)完全被新程序替換，不會(huì)影響到進(jìn)程管理。

二、再來理解標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤

int main()
{
    fprintf(stdout, "Standard output messages\n");
    fprintf(stdout, "Standard output messages\n");
    fprintf(stdout, "Standard output messages\n");

    fprintf(stderr, "Standard error messages\n");
    fprintf(stderr, "Standard error messages\n");
    fprintf(stderr, "Standard error messages\n");
    return 0;
}

代碼分析：> 是輸出重定向，也就是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸出（1號(hào)文件描述符）進(jìn)行重定向。標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤對(duì)應(yīng)的2號(hào)文件描述符并沒有進(jìn)行重定向，因此標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤消息仍然打印在了屏幕上。

2.1 同時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤進(jìn)行重定向

./mytest 1>output.txt 2>error.txt

小Tips：這段代碼就是將1號(hào)文件描述符對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)輸出文件重定向到 output.txt 文件，將2號(hào)文件描述符對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤文件重定向到 error.txt 文件。這樣以來屏幕上就不會(huì)有任何輸出。

2.2 將標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤重定向到同一個(gè)文件

./mytest 1>all.txt 2>&1

小Tips：將標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤都重定向到 all.txt 文件中。

三、再看一切皆文件

所有操作計(jì)算機(jī)的動(dòng)作，都是通過進(jìn)程去執(zhí)行的，所有的訪問文件操作，都是通過進(jìn)程去實(shí)現(xiàn)的，目前所有對(duì)文件的操作都依賴于進(jìn)程。

小Tips：所有的外設(shè)都被抽象成了文件，每個(gè)外設(shè)都有自己的讀寫方法，不同的外設(shè)讀寫方法一定是不同的。但是我們?cè)趯?duì)文件進(jìn)行讀寫操作的時(shí)候，始終調(diào)用的都是 read 和 write 方法，這是因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)為我們提供了一個(gè)方法集類型 file_operations，該結(jié)構(gòu)體里面都是函數(shù)指針類型，指向外設(shè)的各種方法，這就是多態(tài)的雛形。所謂的一切皆文件，就是操作系統(tǒng)幫我們封裝了一層文件對(duì)象，進(jìn)程對(duì)各種外設(shè)的操作，全都變成了對(duì)文件的操作。

sszie_t read(int fd)
{
	task_struct->files->fd_array[fd]->f_op->read();
}

四、結(jié)語

以上就是Linux文件系統(tǒng)之重定向的實(shí)現(xiàn)原理詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Linux重定向的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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