Linux下一切皆文件
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你是否听过Linux下一切皆文件？
刚开始学习Linux的时候，我们从Linux的历史，到学会使用指令入门Linux，到Linux权限理解，到gcc、make、vim、gdb、git等工具的使用，到进程(进程理解，进程创建，进程终止，进程等待，进程替换)，再到IO基础等等，我们走过这样的一段路，也许不止一次听过Linux下一切皆文件的说法，也许没有听过这样的说法，不过没关系，接下来我们将会一步步去理解。
在哪里我们体悟到了Linux下一切皆文件？
文件是什么？
既然要说Linux下一切皆文件，首先我们得明白什么是文件，假如我们创建一个文件，但是没有内容，那么这个文件在磁盘占不占空间呢？
答案是占空间的，文件不仅仅只有内容，还有属性，我们在windows下可以看到文件的属性，比如说创建时间，文件大小，位置等等，所以我们应该知道，文件 = 文件内容 + 文件属性。
第二个，文件分成两种
- 磁盘文件(未被打开的)
- 内存文件(被进程打开)
我们只要不使用文件，那么文件就静静地躺在磁盘里，也就是我们的磁盘文件；但是你要是要访问文件，使用文件，?就得把文件加载进内存，加载进去就没事了吗？要是加载得多了没人管还了得？所以要被操作系统管理，建立struct file，我们也叫他内存文件，包含了磁盘文件的大部分属性以及几乎所有内容。
在哪里体悟到的？
我们初学Linux时，在命令行解释器下敲着一个又一个指令，我们当时只知道，ls，哦，这个指令敲进去，回车，当前工作目录下的所有文件都会显示出来，ls -l，再多显示个选项，但是你问我指令是什么，抱歉，当时我们不知道。
现在再回头去看，Linux下的指令都是C/C++写的可执行程序，可执行程序是什么? 不就是.exe文件？所以指令也就是文件喽，运行时在内存创建task_struct(进程控制块)，将.exe文件的数据和代码加载进内存，变成进程，说到底，都是被操作系统管理的文件。
那操作系统是个啥？管理软硬件资源的软件，也就是说，操作系统也是可执行程序喽？我们开机耗费的时间干啥了，不就是将操作系统的可执行程序加载进内存吗？就连操作系统本质上都是文件！
理解了这些，我们就会发现，什么vim，什么gcc，都是可执行程序，都是文件，什么shell，也是文件。
常见疑惑
但是有些问题我就不理解了，你上面说的我都懂，但是你说Linux下一切皆文件，那好，键盘是文件吗？显示器是文件吗？各种外设是文件吗？外设明明是硬件，你怎么能说是文件呢 ？！
stdin，stdout我在学C语言的时候， 常和我说，stdin是标准输入，他对应着键盘，stdout是标准输出，他对应着显示器，那我问你
- stdin是个啥？
- stdout是个啥？
这能难倒我嘛，呵，stdin和stdout不就是C标准库提供的变量吗，类型是FILE*，这多简单，那我们接着往下看。
怎么办到的Linux下一切皆文件？
首先，我们得先理解stdin，stdout，stderr(标准错误)是个啥，他是FILE*类型的，那是不是指向FILE类型，FILE类型是什么？他是个结构体，既然是结构体，里面就得封装变量，那么封装了什么呢？我们只提及两个
- 文件描述符fd
- 缓冲区
- (两者详细参考Linux重定向原理，由重定向原理贯穿讲解 进程、文件描述符及缓冲区，这里不是重点，不多说)
(点击看完蓝色字体的文章，到这里当做你已经懂了stdin和stdout)，现在我们懂了stdin，stdout，那怎么理解stdin对应着键盘，stdout对应着显示器，而且硬件怎么能被当成文件呢？
我们从Linux的设计哲学来说，原因就体现Linux操作系统的软件设计，Linux是什么写的？C语言。
我们抛出第一个问题：C语言可以实现面向对象吗？
我们从C++这门面向对象的语言来看，他之所以被叫做面向对象，是不是因为有类的存在？那么类包含了什么？
- 成员属性
- 成员方法
C语言的struct结构体可以包含成员方法吗？当然是不能的，但是没有别的办法了吗？
当然有，聪明的程序员们使用了函数指针，去指向方法，这就变相实现了面向对象 ，我们看图：
第二个问题：不同的硬件读写方法相同吗？
显示器，键盘，网卡等等都是外设，既然是外部设备，那么就会有读写方式，但是不同的外设，他们的结构都不相同，读写方法当然也就不会相同，所以你显示器有你的read，write方法，我键盘自然也有我自己的read，write方法。
所以不同硬件的read，write方法的实现一定不同！那么这些硬件的读写方法我们叫做什么呢？硬件的驱动方法！
所以我们有下图：
第三个问题：如何办到Linux下一切皆文件？
我们说，有一个文件我想读写，首先他被加载进内存，创建了struct file内存文件(这个文件里就包含了磁盘文件的几乎所有内容，不仅仅是属性，而且里面有对应外设的读写方法，即驱动方法)，接着将这个结构体的地址填入读写他的进程的files指向的files_struct里的fd_array[]中，给open函数返回了fd，然后有FILE封装fd给用户返回FILE*。
从此，我们就可以对这个文件进行一系列操作了，那么是什么时候我们把磁盘当做文件的，或者说在哪个步骤，我们用户忽略了硬件？
是的，就是在struct file创建的时候，他一但创建返回了fd，我们就可以找到他，之后就可以调用他里面对应硬件的驱动方法去对文件做一系列操作。
也就是说，因为struct file的存在，不管是什么外设，我们也不用管驱动方法是否相同，我只需要找到你的struct file，不管是向内核缓冲区写入(只谈一般情况)，还是内核缓冲区里的数据要刷新到对应的硬件上，那都不是我用户该操心的，这都是你操作系统的事情，因为struct file是你操作系统的内核数据结构，关我用户什么事。
至此，我们也就明白，硬件其实一直都是硬件，他当然不是文件，只是我们通过一系列的软件设计，让我们用户不再关心底层，能够统一看待struct file内存文件，对我们用户而言，我不管你底层的东西，对我用户而言，我只要能找到struct file内存文件，那么对硬件的读写就不是问题，这是你操作系统该操心的，我们用户的关心只停留在内存文件，所以我们才说Linux下一切皆文件！
我们最后整体梳理一下流程：
- 用户调用fopen
- fopen封装了open系统调用
- open打开文件返回了fd
- FILE*->fileno = fd
- 给用户返回FILE*
- 用户调用fwrite，传入参数FILE*
- fwrite封装了write系统调用
- write传入参数FILE*->fileno
- 操作系统执行write，操作系统找到调用write的进程
- 操作系统找到该进程中的struct files_struct *files
- 根据files指针找到files_struct
- 在files_struct中找到fd_array[]
- 根据fd_array[FILE*->fileno]找到对应的struct file
- ----------------------------------------------------------------
- 操作系统执行struct file里的驱动方法
- 操作系统......
到这里，我们关于Linux下一切皆文件全部讲解完，如果觉得博主写的还可以，点个关注，我们下期再见。
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