【Linux系统】文件fd

一.预备知识

1. 文件=内容+属性
2. 进程如果想要访问文件，必须先打开文件，即先将其加载到内存，这个工作由操作系统完成
3. 一个进程可以打开多个文件，多个进程可以打开多个文件
4. 操作系统要想对这么多打开的文件进行管理，必须“先描述，再组织”

最终结论：进程打开文件，操作系统会先将磁盘上的文件加载到内存，然后形成文件对象（struct file），用文件的属性填充这个结构体，然后以链表等数据结构将若干个struct file组织起来，这样就实现了对打开文件的管理

?文件可以分为未被打开的文件和打开的文件，前者在磁盘上，后者被加载到内存，本文研究的是打开的文件和进程之间的关系

二.系统调用接口open

man 2 open?

pathname:带路径的文件名，如果没带路径就在当前工作目录下查找

flags：打开方式，使用系统提供的宏，用按位或组合它们

常用的宏：

O_WRONLY:只读

O_RDONLY:只写

O_RDWR:读写

O_CREAT:文件不存在就创建

O_TRUNC:清空文件内容

O_APPEND:在文件尾部追加写入?

mode：如果创建了新文件，文件的最终权限是mode和权限掩码的合成

例如：

open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC) 等价于fopen("log.txt", "w")

open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND) 等价于fopen("log.txt", "a")

三.文件描述符fd

open的返回值是什么？

操作系统管理众多的struct file以达到管理打开文件的目的，操作系统如何得知哪些文件是哪个进程打开的呢？

?实际上，进程PCB中有一个struct files_struct，其中记录了该进程打开的所有文件。?这个结构体中有一个struct file* fd_array指针数组，叫做文件描述符表，每个存储单元可能是NULL，也可能存放着指向文件对象struct file的指针。

当一个文件被open时，操作系统形成struct file结构体，然后在进程的文件描述符表中按顺序查找，如果遇到空的存储单元，就将struct file的指针存起来，然后将数组下标返回给上层，这个下标就是该文件的文件描述符fd，进程通过fd在文件描述符表中找到struct file指针，进而访问相应的文件。

验证如下：

?open返回的文件描述符依次递增，3，4，5就是文件对象指针在文件描述符表中的下标。

那么为什么不是从0开始递增呢？0，1，2放了什么呢？

四.C语言的文件指针FILE*与fd的关系

C语言程序默认打开三个文件流：标准输入流(stdin)，标准输出流(stdout)，标准错误流(stderr)。文件流指的就是FILE*，它是C语言操作文件的标识符。但是操作系统是只认识fd的，所以FILE结构体中封装了fd。

Linux下一切皆文件。stdin指向的FILE中封装了标准输入文件(键盘)的文件描述符0，stdout指向的FILE中封装了标准输出文件(显示器)的文件描述符1，stderr指向的FILE中封装了标准错误文件(stderr)的文件描述符2。数组的0，1，2三个下标已经被占据了，所以新的struct file*只能从3开始放了。