理解 Linux 文件结构：一份简单易懂的入门教程_linux是面向文件的吗
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前言：
Linux 文件系统是指 Linux 操作系统用于组织和管理文件、目录及其元数据（如权限、时间戳等）的系统。文件系统定义了文件的存储、访问和管理的方式，并提供了数据持久性和组织结构。
C语言文件操作
C语言文件
-
FILE*是一个指向文件的结构体，通过它，程序可以与文件进行交互。 -
文件指针由标准库函数如
fopen()创建和返回，文件的读写操作通过这个指针来执行。 -
文件指针常用于文件操作函数，如
fopen()、fread()、fwrite()、fclose()等。
#include #include int main() { // 打开名为 \"log.txt\" 的文件以进行写入（\"w\" 模式） FILE* fd = fopen(\"log.txt\", \"w\"); //路径默认在当前工作路径 if (fd == NULL) // 如果fopen失败（例如文件无法打开） { perror(\"fopen\"); // 输出错误信息，指示fopen失败 return 1; // 返回错误代码（1），表示程序失败 } const char* msg = \"hello linux!\\n\"; // 定义要写入文件的字符串消息 // 使用strlen计算消息长度，并将消息写入文件 fwrite(msg, strlen(msg), 1, fd); fclose(fd); // 写入完成后关闭文件 return 0; // 返回0，表示程序成功执行}理解当前工作路径：
- 在进程文件读写的时候会进程会记录当前的工作目录（
cwd），如图：在/home/ocean/linux/file/filetest路径下创建文件。
- 我们在代码上加上
chdir(\"/home/ocean/linux/file\");就会更改当前的工作路径，如图查看到的cwd是: /home/ocean/linux/file
再次执行代码后文件会创建在 /home/ocean/linux/file这个路径下
文件打开方式
r
- 打开文件进行读取，文件指针定位在文件的开始位置。
- 如果文件不存在，打开失败。
r+
- 打开文件进行读取和写入，文件指针定位在文件的开始位置。
- 如果文件不存在，打开失败。
w
- 打开文件进行写入，如果文件存在，则截断文件至零长度；如果文件不存在，创建文件。
- 文件指针定位在文件的开始位置。
w+
- 打开文件进行读取和写入，如果文件不存在，创建文件；如果文件存在，截断文件至零长度。
- 文件指针定位在文件的开始位置。
a
- 打开文件进行附加写入，写入的内容会追加到文件的末尾；如果文件不存在，创建文件。
- 文件指针定位在文件的末尾。
a+
- 打开文件进行读取和附加写入，读取时从文件的开始位置开始，写入时追加到文件末尾；如果文件不存在，创建文件。
本质上没有必要记那么多，如果需要直接去看官方的文档即可
文件的系统调用
在操作系统中，文件操作通常通过系统调用（system calls）进行。这些系统调用直接与操作系统的内核交互，以进行文件的创建、读取、写入、删除等操作。
open()
- 功能：打开文件，返回文件描述符。
- 语法：
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); - 参数：
pathname：要打开的文件路径。flags：指定文件的打开模式（如只读、写入、追加等）。mode：文件权限，如果文件是新建的，指定文件权限。
- 返回值：成功返回文件描述符（一个非负整数），失败返回 -1，并设置
errno。
理解flags
flags 参数允许通过按位“或”运算符（|）将多个标志组合在一起。这样，可以灵活地指定多种行为。例如，你可以使用 O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC 来实现“以写模式打开文件，如果文件不存在则创建文件，如果文件已存在则截断文件”的行为。
int fd = open(\"file.txt\", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);为什么会用 |呢
#include #define ONE (1<<0) #define TWO (1<<1) #define THREE (1<<2) #define FOUR (1<<3) // 用于根据标志位显示相应功能的函数void show (int flags) { // 检查 flags 的每一位，如果相应的位被设置，则输出对应的信息 if(flags & ONE) cout << \"func 1\" << endl; // 如果 flags 的最低位（0）被设置，则输出 \"func 1\" if(flags & TWO) cout << \"func 2\" << endl; // 如果 flags 的第二位（1）被设置，则输出 \"func 2\" if(flags & THREE) cout << \"func 3\" << endl; // 如果 flags 的第三位（2）被设置，则输出 \"func 3\" if(flags & FOUR) cout << \"func 4\" << endl; // 如果 flags 的第四位（3）被设置，则输出 \"func 4\"} int main() { // 调用 show 函数，传递不同的 flags，分别测试不同的功能组合 show(ONE | TWO); // 传递 ONE | TWO，即 flags = 0001 | 0010 = 0011 -> func 1 和 func 2 show(ONE | THREE); // 传递 ONE | THREE，即 flags = 0001 | 0100 = 0101 -> func 1 和 func 3 show(ONE | TWO | THREE); // 传递 ONE | TWO | THREE，即 flags = 0001 | 0010 | 0100 = 0111 -> func 1, func 2 和 func 3 return 0; // 程序正常结束}代码解释：
- 宏定义：使用
#define来定义常量ONE、TWO、THREE和FOUR，它们分别表示不同的二进制位：ONE代表二进制的第 1 位（0001）。TWO代表二进制的第 2 位（0010）。THREE代表二进制的第 3 位（0100）。FOUR代表二进制的第 4 位（1000）。
show函数：这个函数接受一个整数flags，然后检查每一位是否被设置。如果某一位被设置（即该位为1），则打印相应的功能名：- 使用按位与操作符
&来检查每个标志位是否被设置。 - 如果某个标志位被设置，
if (flags & ONE)等判断条件为true，执行相应的cout输出。
- 使用按位与操作符
main函数：调用show()函数并传递不同的flags值，展示不同的功能组合：show(ONE | TWO)：将ONE和TWO进行按位“或”运算，得到0011，所以会显示\"func 1\"和\"func 2\"。show(ONE | THREE)：将ONE和THREE进行按位“或”运算，得到0101，所以会显示\"func 1\"和\"func 3\"。show(ONE | TWO | THREE)：将ONE、TWO和THREE进行按位“或”运算，得到0111，所以会显示\"func 1\"、\"func 2\"和\"func 3\"。
生成：
这个大致就是flag的 |的本质
常用的falg:
理解mode详细：参考
在 open() 函数中，mode 参数是用于指定新创建文件的权限和访问控制。该参数仅在使用 O_CREAT 标志时才需要提供，表示当文件不存在时，open() 会创建新文件并根据 mode 参数设置文件的权限。mode 参数通常是一个三位八进制数字，表示文件所有者、文件所属组和其他用户的权限。
mode 参数的基本结构
mode 参数采用 三位八进制数 的形式，表示文件的权限。每一位代表不同用户类别的访问权限，分别是：
- 第一位：所有者（Owner）的权限 4
- 第二位：所属组（Group）的权限 2
- 第三位：其他用户（Others）的权限 1
777rwxrwxrwx755rwxr-xr-x644rw-r--r--600rw-------write
- 功能：将数据写入文件。
- 语法：
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); - 参数：
fd：文件描述符。buf：缓冲区，包含要写入的数据。count：要写入的字节数。
- 返回值：返回实际写入的字节数，或返回
-1表示错误。
close()
- 功能：关闭打开的文件。
- 语法：
int close(int fd); - 参数：
fd：文件描述符。
- 返回值：成功返回 0，失败返回
-1
示例：
#include // 引入标准输入输出库，用于printf和perror等#include // 引入字符串处理库，用于处理字符串（如strlen）#include // 引入POSIX标准库，用于访问系统级函数（如write和close）#include // 引入定义文件操作需要的类型#include // 引入文件状态相关定义#include // 引入文件控制函数，如openint main() { // 使用 O_CREAT、O_TRUNC 和 O_WRONLY 打开文件 \'log.txt\' // O_CREAT：如果文件不存在，创建文件 // O_TRUNC：如果文件已经存在，清空文件内容 // O_WRONLY：只写模式打开文件 // 0666：设置文件权限，所有用户都有读写权限 int fd = open(\"log.txt\", O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY, 0666); // 检查文件是否成功打开，如果返回值小于0，表示打开失败 if (fd < 0) { perror(\"open\"); // 如果打开文件失败，输出错误信息 return -1; // 返回错误代码，程序退出 } // 定义要写入文件的字符串 const char* str = \"hello linux\\n\"; // 定义要写入文件的次数 int cnt = 5; // 循环写入文件5次 while (cnt--) { // 每次调用 write() 写入字符串到文件 write(fd, str, strlen(str)); } // 关闭文件 close(fd); return 0; // 正常退出程序}代码解释：
open()函数：使用O_CREAT、O_TRUNC和O_WRONLY标志打开文件log.txt。如果文件不存在，将会创建文件；如果文件已存在，使用O_TRUNC将文件内容清空。文件权限设置为0666，即所有用户都可以读写该文件。- 错误处理：如果
open()调用失败，会返回负值，使用perror(\"open\")输出错误信息并退出程序。 write()函数：将字符串\"hello linux\\n\"写入文件。写入操作会在文件fd中进行，strlen(str)确保写入的字符数是字符串的实际长度。- 文件操作：代码通过
write()循环写入文件 5 次，每次写入字符串\"hello linux\\n\"。 close()函数：在完成写入后，通过close(fd)关闭文件。
这份代码类似于fopen 、fwrite 、fclose，进行文件写入，这里面运用系统调用，但是 f 系类运用的是C语言函数库中函数，是对上述系统调用的再次封装。
文件描述符
文件描述符（File Descriptor） 是操作系统用来表示打开文件的一个整数标识符。它是一个指向内核中文件对象的引用，用于标识进程对文件的访问。每个进程都有一个文件描述符表，记录着当前进程打开的文件及其相关信息。
标准输入、标准输出、标准错误：
- 每个进程启动时，操作系统会为它创建三个标准的文件描述符：
0：标准输入（stdin），通常用于接收输入。1：标准输出（stdout），通常用于显示输出。2：标准错误（stderr），用于输出错误信息。
文件描述符的分配： 当进程通过 open() 打开文件时，操作系统会分配一个文件描述符，该文件描述符对应于该文件的内核级数据结构。文件描述符是进程与操作系统文件系统之间的桥梁，进程通过它进行文件操作（如读取、写入）。
任务结构 task_struct：
task_struct是 Linux 内核中表示进程的数据结构，每个正在运行的进程都有一个对应的task_struct。- 图中提到的
struct files_struct *files表示每个进程都有一个files_struct，它包含了该进程打开的所有文件描述符。
文件描述符数组 fd_array[]：
fd_array[]是一个数组，里面保存了指向文件结构（struct file）的指针。每个struct file代表着一个已打开的文件。- 例如，
fd_array[0]代表标准输入（stdin），fd_array[1]代表标准输出（stdout），fd_array[2]代表标准错误输出（stderr）。 - 数组中的其他位置保存着该进程打开的其他文件。
struct file 结构：
- 每个
struct file结构体代表一个具体的文件，它包含了文件的状态信息，比如文件的当前偏移量、文件访问模式、权限等。 - 这些文件结构会通过
next指针形成一个链表，允许操作系统管理多个文件。
所以0 1 2 对应标准输入、输出、错误流 正好与之对应
0号文件
#include // 引入输入输出流库，用于标准输入输出操作#include // 引入字符串操作库（如 strlen、memcpy 等）#include // 引入 UNIX 标准头文件，包含对系统调用（如 read、write 等）的定义#include // 引入定义系统数据类型的库，如 pid_t、off_t 等#include // 引入文件状态信息定义的库（如文件权限、文件类型等）#include // 引入文件控制操作库，包含文件操作的标志，如 O_CREAT、O_WRONLY 等using namespace std; // 使用标准命名空间，避免每次使用标准库的元素时都要加上 \"std::\"int main () // 主函数{ // 读取标准输入的数据，最多读取 100 个字节，存入缓冲区 buf 中 char buf[1024]; // 定义一个字符数组来存储读取的数据 ssize_t size = read(0, buf, 100); // 0 代表标准输入（stdin） buf[size] = \'\\0\'; // 添加字符串结束符，确保读取的数据是一个有效的 C 风格字符串 close(fd); // 关闭打开的文件描述符，释放资源 cout << buf << endl; // 输出读取到的内容到标准输出（屏幕） return 0; // 程序正常结束，返回 0}代码功能概述：
- 读取标准输入的数据：
- 从标准输入（如键盘）读取最多 100 个字节的数据，存储到缓冲区
buf中。
- 从标准输入（如键盘）读取最多 100 个字节的数据，存储到缓冲区
- 输出读取的数据：
- 输出读取到的数据内容。
1号文件
#include #include #include #include #include #include int main() // 主函数{ // 定义要写入文件的字符串 const char* str = \"hello linux\\n\"; // 这个字符串将被写入输出（标准输出） // 定义要写入的次数 int cnt = 5; // 设置写入的次数为 5 // 循环写入文件 5 次 while (cnt--) // 当 cnt 不为 0 时，循环执行写入操作 { // 每次调用 write() 将字符串写入标准输出（文件描述符 1 对应标准输出） write(1, str, strlen(str)); // write() 的参数：1 表示标准输出，str 表示要写入的内容，strlen(str) 表示字符串长度 } return 0; // 程序执行完毕，返回 0 表示成功}代码功能概述：
- 定义字符串
str：
- 程序定义了一个常量字符串
\"hello linux\\n\"，它将被重复写入标准输出（通常是屏幕）。
- 定义写入次数
cnt：
cnt初始化为 5，表示要将字符串写入标准输出 5 次。
- 循环写入标准输出：
- 使用
write()系统调用将str内容输出到标准输出（文件描述符 1）。 write(1, str, strlen(str))通过write系统调用将字符串的每次输出写入到标准输出。- 每次循环调用
write()，直到cnt达到 0。
output：
