首页 > 编程笔记

Linux文件描述符到底是什么?

Linux 中一切皆文件,比如 C++ 源文件、视频文件、Shell脚本、可执行文件等,就连键盘、显示器、鼠标等硬件设备也都是文件。

一个 Linux 进程可以打开成百上千个文件,为了表示和区分已经打开的文件,Linux 会给每个文件分配一个编号(一个 ID),这个编号就是一个整数,被称为文件描述符(File Descriptor)

这只是一个形象的比喻,为了让读者容易理解我才这么说。如果你也仅仅理解到这个层面,那不过是浅尝辄止而已,并没有看到文件描述符的本质。

本篇文章的目的就是拨云见雾,从底层实现的角度来给大家剖析一下文件描述符,看看文件描述如到底是如何表示一个文件的。

不过,阅读本篇文章需要你有C语言编程基础,至少要理解数组、指针和结构体;如果理解内存,那就更好了,看了这篇文章你会醍醐灌顶。

好了,废话不多说,让我们马上进入正题吧。

Linux 文件描述符到底是什么?

一个 Linux 进程启动后,会在内核空间中创建一个 PCB 控制块,PCB 内部有一个文件描述符表(File descriptor table),记录着当前进程所有可用的文件描述符,也即当前进程所有打开的文件。
内核空间是虚拟地址空间的一部分,想死磕的读者请猛击《C语言内存精讲》,不想纠缠细节的读者可以这样理解:进程启动后要占用内存,其中一部分内存分配给了文件描述符表。
除了文件描述符表,系统还需要维护另外两张表:

文件描述符表每个进程都有一个,打开文件表和 i-node 表整个系统只有一个,它们三者之间的关系如下图所示。

Linux文件描述符表示意图

从本质上讲,这三种表都是结构体数组,0、1、2、73、1976 等都是数组下标。表头只是我自己添加的注释,数组本身是没有的。实线箭头表示指针的指向,虚线箭头是我自己添加的注释。

你看,文件描述符只不过是一个数组下标吗!

通过文件描述符,可以找到文件指针,从而进入打开文件表。该表存储了以下信息:
然而,要想真正读写文件,还得通过打开文件表的 i-node 指针进入 i-node 表,该表包含了诸如以下的信息:
对上图的进一步说明:
有了以上对文件描述符的认知,我们很容易理解以下情形:

关注公众号「站长严长生」,在手机上阅读所有教程,随时随地都能学习。本公众号由站长亲自运营,长期更新,坚持原创,专注于分享创业故事+学习历程+工作记录+生活日常+编程资料。

公众号二维码
微信扫码关注公众号

优秀文章