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前言：
在我们学习C语言的时候，我们都会学到有关C语言的文件操作。包括fopen，fclose等函数的使用。实际上，在操作系统中，文件的操作与管理并没有表面看上去的那么简单。
本篇开始的文件专栏将会与大家更深层次的讨论一下在linux系统下的文件操作。
一、文件
在Windows/Mac中：
文本、图片、视频才是"文件"
键盘、打印机是"设备"
但是在linux中，却发生了一场革命：
这就是著名的 "一切皆文件" 哲学，也就是为什么我们经常说：“linux下一切皆文件”的由来：
键盘 →
/dev/input（输入文件）打印机 →
/dev/lp0（输出文件）硬盘分区 →
/dev/sda1（存储文件）甚至CPU信息 →
/proc/cpuinfo（虚拟文件）
当你在终端输入：
$ cat hello.txt Hello Linux World!
你看到的是文件内容——存储在磁盘上的二进制数据，可能是：
文本（ASCII/UTF-8编码）
图片（像素数据）
可执行程序（机器指令）
当你再输入：
$ ls -l hello.txt -rw-r--r-- 1 tom users 26 Jun 5 10:30 hello.txt
最下面这段神秘代码就是文件的属性：
所以我们可以得出结论：
文件 就是 内容+属性
在访问一个文件前，我们肯定是要先把这个文件打开的，这是天经地义的事情。可是，在没被打开前，文件存储在哪里呢？
答案是磁盘中。
而我们在访问一个文件时，又是依靠谁来访问呢？
答案是进程。
打开一个文件的本质就是把他加载到内存中：一个文件就是由一个进程去访问，由于进程在内存中，所以最后由CPU来实际执行。
一个进程能同时访问多个文件吗？
这是可以的。
那多个进程呢？
照样可以！出现了这么多的文件，我们的操作系统需不需要去对文件进行管理呢？就像操作系统对进程的管理一样？
二、操作系统对文件的管理
操作系统必须要对加载到内存中的一系列文件进行管理，如何管理呢？
答案依旧是：先描述，再组织
所以在内核中，文件如同进程一般，等于内核数据结构加内容。
已经知道进程在内核中是由task_struct（PCB）进行管理，进程访问文件，所以归根结底就是task_struct与文件结果的关系。
文件可以划分为两类，一种是被打开的文件，它在内存里，另一种是没有被打开的文件，它在磁盘里。
我们今天主要讨论第一种文件。
我们都知道，每个进程默认会打开三个输入输出流：
stdin 标准输入 键盘
stdout 标准输出 显示器
stderr 标准输出 显示器
不只是C语言与C++,其他语言也会有这三个输入输出流。这说明这不是一种语言的特性，而是系统层次上的特性。
那么这三个有什么意义呢？带着这个疑问，我们继续往下看：
在讲文件管理之前，我想先问问大家，平时在C语言中，有几种方法可以打印内容到显示器上。
#include<stdio.h>
int main()
{
printf("hello\n");
fprintf(stdout,"hello\n");
fputs("hello\n",stdout);
fwrite("hello\n",1,5,stdout);
return 0;
}一般我们有这四种方法打印出来，对不对？
他们之间有什么共同点呢？
没错，他们底层其实都是调用的系统接口write，我们所用的C文件接口，底层一定要封装对应的系统文件接口。
包括fopen与fclose也是一样，底层实际上是对我们open与close的封装。
我们就来简单的说一下open函数。
三、open
open的第一个参数与fopen一样，也是一个路径下的文件，但是从第二个参数开始，就已经有了变化了。flags参数用于控制文件的打开方式，它由多个常量通过按位或（|）组合而成。通过这种位图形式的传参，是我们可以达到自己想要的结果。
比如O_RDWR宏常量，他就代表以读写的方式打开：
#include<stdio.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
int fd = open("./test.txt",O_RDWR);
if(fd < 0)
{
perror("open error");
}
return 0;
}如果是fopen以读写方式打开，哪怕你不存在这个文件都不会失败，因为会给你自动创建一个同名文件，但放在open里你会运行错误，因为我们没有设置专门的创建的宏常量：O_CREAT
所以我们加上该宏：
运行：
怎么回事，大家可以看到，这次运行确实成功了，但txt文件的权限却是乱码的。
这就是open第三个参数负责的事情，创建出的文件的默认权限
int fd = open("./test.txt",O_RDWR | O_CREAT,0666);
把代码改成这样在运行，就正常了：
但有人说这个文件的权限不应该是0666吗，怎么显示的是0664（r权限为4，w为2，x为1），这是因为umask的存在，会导致真正的权限为：mode & ~umask
我们可以在代码中或者指令umask来修改这个值。
open的返回值又是什么呢？为什么是一个int？
我们是这把这个返回值打印出来试试：
int main()
{
int fd = open("./test.txt",O_RDWR | O_CREAT,0666);
if(fd < 0)
{
perror("open error");
}
else
{
printf("fd = %d\n",fd);
}
return 0;
}
为什么会是3呢？3又是个什么东西？
我们可以先提前告诉你，这个3是一个文件标识符。open函数成功后，会返回一个文件标识符！
四、文件标识符
聊到这里，我相信大家已积累了一肚子的疑问了。
别着急，我们一一把这些疑问为大家串联起来解答：
这个文件标识符，是我们访问文件的唯一方式。
我们之前说过，C语言访问文件的接口，都是封装的系统调用，而系统调用，归根结底就是通过文件标识符来找到对应的文件的。如图数组的下标一样（实际上本身就是下标），有了下标，你就能找到在内存中被管理的文件。
在内存中，进程是由task_struct进行管理的，我们之前说过文件也会被操作系统用一个内核数据结构管理起来，类似的，我们把这个数据结构叫做：struct file。
struct file {
struct path f_path; // 文件的路径（包含 dentry 和 vfsmount）
struct inode *f_inode; // 文件的 inode
const struct file_operations *f_op; // 文件操作函数（read/write 等）
atomic_long_t f_count; // 引用计数
loff_t f_pos; // 当前读写位置
// ...
};
在struct file结构体中包含的struct file的指针，使被加载到内存的多个文件通过指针的方式链接形成链表。我们对文件的管理，就转变为了对链表的增删查改！
而我们说的那三个输入输出流，在linux下也是一种文件，所以无独有偶，也应该被这样的方式进行管理。
我们说文件都是被进程所访问的，进程如何访问呢？就是去寻找task_struct与struct file的联系。
而很不巧，task_struct中就存在这样一个结构体指针，struct files_struct*files指针。
struct task_struct {
// ...
struct files_struct *files; // 指向进程的文件管理结构
// ...
};
这个指针所指向的结构体中又包含了一个指针数组：struct file* fd_array。
struct files_struct {
// ...
struct file __rcu * fd_array[NR_OPEN_DEFAULT]; // 文件描述符数组（默认大小是 64）
// ...
};
没错，我们上面所说的3，就是这个指针数组的下标元素，那为什么是3呢？
因为我们说过，进程会默认打开三个输入输出流！！
而他们正好占据了数组的前三个位置。
所以，0,1,2的位置早早就被占领了。当我们的代码执行到open的时候，他们先从这个数组里搜索空位，搜到3是空的了，于是把文件加载到内存中形成内核数据结构并连入链表（实际上可能不是链表，会是更加优秀的数据结构比如红黑树之类的）。随后把文件的地址放到3号位置处！
五、C语言中的FILE*
我们看一下C语言中的输入输出流吧：
#include <stdio.h>
extern FILE *stdin;
extern FILE *stdout;
extern FILE *stderr;
为什么这里是个FILE*类型呢？
答案还是封装，C语言不仅对接口进行封装，还把他们的类型做了封装。
我们可以通过打印来验证一下，首先，FILE*是个结构体指针，他的参数含有一个fileno表示文件标识符，我们打印一下试试：
由此可以验证我们上述内容。
结语
本篇文章就到此结束，由于是文件系统的第一篇，所以篇幅有限，且大部分都是概念，需要同学们好生理解与掌握，尤其是文件被打开的过程。
如果有所疑问或者指正，欢迎评论区留言！！