Linux文件描述符

在Linux通用I/O模型中，I/O操做系列函數(系統調用)都是圍繞一個叫作文件描述符的整數展開。這不由讓人產生疑問：這個整數表明什麼？一個數值表明一個文件嗎？隨便傳一個整數進去調用能夠嗎？

原文地址： https://learn-linux.readthedocs.io 。

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解答以上疑問，須要更深刻學習——文件描述符(File Descriptor)。

圖解

理解具體狀況，須要瞭解由內核維護的3個數據結構：

• 進程級文件描述符表(file descriptor table)
• 系統級打開文件表(open file table)
• 文件系統i-node表(i-node table)

這3個數據結構之間的關係以下圖所示：

文件描述符表

內核爲每一個進程維護一個文件描述符表，該表每一條目都記錄了單個文件描述符的相關信息，包括：

• 控制標誌(flags)，目前內核僅定義了一個，即close-on-exec
• 打開文件描述體指針

打開文件表

內核對全部打開的文件維護一個系統級別的打開文件描述表(open file description table)，簡稱打開文件表。表中條目稱爲打開文件描述體(open file description)，存儲了與一個打開文件相關的所有信息，包括：

• 文件偏移量(file offset)，調用read()和write()更新，調用lseek()直接修改
• 訪問模式，由open()調用設置，例如：只讀、只寫或讀寫等
• i-node對象指針

i-node表

每一個文件系統會爲存儲於其上的全部文件(包括目錄)維護一個i-node表，單個i-node包含如下信息：

• 文件類型(file type)，能夠是常規文件、目錄、套接字或FIFO
• 訪問權限
• 文件鎖列表(file locks)
• 文件大小
• 等等

i-node存儲在磁盤設備上，內核在內存中維護了一個副本，這裏的i-node表爲後者。副本除了原有信息，還包括：引用計數(從打開文件描述體)、所在設備號以及一些臨時屬性，例如文件鎖。

場景解析

上圖中，詳細描述了兩個進程諸多文件描述符，以及相互關係。

文件描述符複製

在進程A中，文件描述符1和文件描述符20都指向同一個打開文件描述體(標號23)。這極可能是經過調用dup()系列函數造成的。

文件描述符複製，在某些場景下很是有用，好比：標準輸入/輸出重定向。在shell下，完成這個操做很是簡單，大部分人都會，可是極少人思考過背後的原理。

大概描述一下須要的幾個步驟，以標準輸出(文件描述符爲1)重定向爲例：

1. 打開目標文件，返回文件描述符n；
2. 關閉文件描述符1；
3. 調用dup將文件描述符n複製到1；
4. 關閉文件描述符n；

子進程繼承文件描述符

進程A的文件描述符2和進程B的文件描述符2都指向同一個打開文件描述體(標號73)。這種情形極可能發生在調用fork()派生子進程以後，好比A調用fork()派生出B。這時，B做爲子進程，從父進程A繼承了文件描述符表，其中包括圖中標明的文件描述符2。這就是子進程繼承父進程打開的文件這句話的由來。

固然了，進程A經過Unix套接字將一個文件描述符傳遞給B也會出現相似的情形，但通常文件描述符數值是不同的。同時爲2要很是湊巧才發生。

下一步

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