linux 文件描述符详解,详解Linux文件描述符

Linux内核(kernel)利用文件描述符(file descriptor)来访问文件。文件描述符是非负整数。打开现存文件或新建文件时,内核会返回一个文件描述符。在Linux系统中,读写文件也需要使用Linux文件描述符来指定待读写的文件。

实际上,文件描述符是一个索引值,指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时,内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中,一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。

习惯上,标准输入(standard input)的Linux文件描述符是 0,标准输出(standard output)是 1,标准错误(standard error)是 2。尽管这种习惯并非Unix内核的特性,但是因为一些 shell 和很多应用程序都使用这种习惯,因此,如果内核不遵循这种习惯的话,很多应用程序将不能使用。因此,在Linux的系统调用中,大量的系统调用都是依赖于Linux文件描述符。

先说files,它是一个文件指针数组。一般来说,一个进程会从files[0]读取输入,将输出写入files[1],将错误信息写入files[2]。

举个例子,以我们的角度 C 语言的printf函数是向命令行打印字符,但是从进程的角度来看,就是向files[1]写入数据;同理,scanf函数就是进程试图从files[0]这个文件中读取数据。

每个进程被创建时,files的前三位被填入默认值,分别指向标准输入流、标准输出流、标准错误流。我们常说的「文件描述符」就是指这个文件指针数组的索引,所以程序的文件描述符默认情况下 0 是输入,1 是输出,2 是错误。

进程获取文件描述符最常见的方法是通过本机子例程open或create获取或者通过从父进程继承。后一种方法允许子进程同样能够访问由父进程使用的文件。文件描述符对于每个进程一般是特定的。当用fork子例程创建某个子进程时,该子进程会获得其父进程所有文件描述符的副本,这些文件描述符在执行fork时打开。在由fcntl、dup和dup2子例程复制或拷贝某个进程时,会发生同样的复制过程。

对于每个进程,操作系统内核在u_block结构中维护文件描述符表,所有的文件描述符都在该表中建立索引。到这里,我们不难看出「Linux 中一切皆文件」设计思路的高明了,不管是设备、另一个进程、socket 套接字还是真正的文件,全部都可以读写,统一装进一个简单的files数组,进程通过简单的文件描述符访问相应资源,具体细节交于操作系统,有效解耦,优美高效。

实际上,Linux文件描述符看成是一种系统资源,可以通过相应的命令来查看文件描述符的上限。每一个文件描述符会与一个打开文件相对应,同时,不同的文件描述符也会指向同一个文件。在本站的Linux教程中,对Linux文件描述符的使用有着详细的讲解,想要快速掌握Linux文件描述符的小伙伴可以前去观看学习。

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