文件I/O之-打开文件在内核中的表示

在unix系统中，一切皆文件。系统把文件夹、字符设备、块设备、套接字都当做文件来对待。对于文件的操作，使用I/O函数，这里所说的I/O函数是指系统调用。大多数文件的I/O要用到这5个函数：open、read、write、lseek、close。这5个函数均是不带缓冲的I/O。

打开文件在内核中的表示

对于打开的文件，都是通过文件描写叙述符来描写叙述。一个没打开的文件调用open打开后，就会返回一个文件描写叙述符。文件描写叙述符是一个非负整数，标准输入、标准输出、标准出错相应的文件描写叙述符分别为0、1、2，它们经常常使用符号常量STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO描写叙述。

在内核中，使用三种数据结构来描写叙述一个打开的文件。

1、每一个进程在进程表中都有一个记录项，记录项中有一个打开的文件描写叙述符表，能够将其视为一个矢量，每一个描写叙述符占一项。记录着文件描写叙述符标志和指向一个文件表项的指针。

2、内核为全部打开的文件维持一张文件表，表中包括文件状态（读、写、添写、同步和非堵塞等）、当前文件偏移量、指向该文件v节点表项的指针。

3、每一个打开的文件都有一个v节点（v-node）结构。v节点包括了文件的类型和对此文件各种操作的函数指针。

每一个进程都有自己的文件表项，这是假设两个进程打开同一个文件的话（一个在文件描写叙述符3上面打开，还有一个在文件描写叙述符4上面打开），会有例如以下现象：

当两个进程同一时候对这个文件操作时，如果先定位lseek，在写入write，因为这是两个操作，所以可能会产生意想不到的结果。比方运行顺序例如以下：

进程1：lseek

进程2：lseek

进程3：write      此时进程1的lseek可能就失效了，但进程1不知道

进程1：write     写入的位置可能和预想的不一样了

这时就须要进程间的同步了。

以下看两道重定向的题目：

./a.out  >outfile  2>&1

上面表示标准输出与标准出错一起重定向到outfile。由于./a.out把标准输出重定向到outfile，之后2>&1标准出错重定向到标准输出（这时标准输出已经重定向到outfile）

./a.out  2>&1  >outfile

上面表示标准输出重定向到outfile，而标准出错仍在终端。由于2>&1表示把标准出错重定向到终端，1>outfile表示把标准输入重定向到outfile。标准出错在标准输出重定向之前已经重定向了。