文件描述符的本質(zhì)
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1. 文件描述符的本質(zhì)是數(shù)組元素的下標(biāo)
右側(cè)的表稱為i節(jié)點(diǎn)表，在整個(gè)系統(tǒng)中只有1張吮播。該表可以視為結(jié)構(gòu)體數(shù)組王浴，該數(shù)組的一個(gè)元素對(duì)應(yīng)于一個(gè)物理文件姨伟。
中間的表稱為文件表，在整個(gè)系統(tǒng)中只有1張哮独。該表可以視為結(jié)構(gòu)體數(shù)組，一個(gè)結(jié)構(gòu)體中有很多字段察藐，其中有3個(gè)字段比較重要：
file status flags：用于記錄文件被打開來讀的皮璧，還是寫的。其實(shí)記錄的就是open調(diào)用中用戶指定的第2個(gè)參數(shù)
current file offset：用于記錄文件的當(dāng)前讀寫位置（指針）分飞。正是由于此字段的存在悴务，使得一個(gè)文件被打開并讀取后，下一次讀取將從上一次讀取的字符后開始讀取
v-node ptr：該字段是指針浸须，指向右側(cè)表的一個(gè)元素惨寿，從而關(guān)聯(lián)了物理文件。
左側(cè)的表稱為文件描述符表删窒，每個(gè)進(jìn)程有且僅有1張裂垦。該表可以視為指針數(shù)組，數(shù)組的元素指向文件表的一個(gè)元素肌索。最重要的是：數(shù)組元素的下標(biāo)就是大名鼎鼎的文件描述符蕉拢。
open系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行的操作：新建一個(gè)i節(jié)點(diǎn)表元素，讓其對(duì)應(yīng)打開的物理文件（如果對(duì)應(yīng)于該物理文件的i節(jié)點(diǎn)元素已經(jīng)建立，就不做任何操作）晕换；新建一個(gè)文件表的元素午乓，根據(jù)open的第2個(gè)參數(shù)設(shè)置file status flags字段，將current file offset字段置0闸准，將v-node ptr指向剛建立的i節(jié)點(diǎn)表元素益愈；在文件描述符表中，尋找1個(gè)尚未使用的元素夷家，在該元素中填入一個(gè)指針值蒸其，讓其指向剛建立的文件表元素。最重要的是：將該元素的下標(biāo)作為open的返回值返回库快。
這樣一來摸袁，當(dāng)調(diào)用read（write）時(shí)，根據(jù)傳入的文件描述符义屏，OS就可以找到對(duì)應(yīng)的文件描述符表元素靠汁，進(jìn)而找到文件表的元素，進(jìn)而找到i節(jié)點(diǎn)表元素闽铐，從而完成對(duì)物理文件的讀寫蝶怔。
fork會(huì)導(dǎo)致子進(jìn)程繼承父進(jìn)程打開的文件描述符，其本質(zhì)是將父進(jìn)程的整個(gè)文件描述符表復(fù)制一份阳啥，放到子進(jìn)程的PCB中添谊。因此父、子進(jìn)程中相同文件描述符（文件描述符為整數(shù)）指向的是同一個(gè)文件表元素察迟，這將導(dǎo)致父（子）進(jìn)程讀取文件后斩狱，子（父）進(jìn)程將讀取同一文件的后續(xù)內(nèi)容。
案例分析（forkfd.c）：
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
intmain(void)
{
intfd,?pid,?status;
charbuf[10];
if((fd?=?open("./test.txt",?O_RDONLY))?<?0)?{
perror("open");??exit(-1);
}
if((pid?=?fork())?<?0)?{
perror("fork");??exit(-1);
}elseif(pid?==?0)?{//child
read(fd,?buf,?2);
write(STDOUT_FILENO,?buf,?2);
}else{//parent
sleep(2);
lseek(fd,?SEEK_CUR,?1);
read(fd,?buf,?3);
write(STDOUT_FILENO,?buf,?3);
write(STDOUT_FILENO,"\n",?1);
}
return0;
}
假設(shè)扎瓶，./test.txt的內(nèi)容是abcdefg所踊。那么子進(jìn)程的18行將讀到字符ab；由于概荷，父秕岛、子進(jìn)程的文件描述符fd都指向同一個(gè)文件表元素，因此當(dāng)父進(jìn)程執(zhí)行23行時(shí)误证，fd對(duì)應(yīng)的文件的讀寫指針將移動(dòng)到字符d继薛，而不是字符b，從而24行讀到的是字符def愈捅，而不是字符bcd遏考。程序運(yùn)行的最終結(jié)果是打印abdef，而不是abbcd蓝谨。
相對(duì)應(yīng)的灌具，如果是兩個(gè)進(jìn)程獨(dú)立調(diào)用open去打開同一個(gè)物理文件青团，就會(huì)有2個(gè)文件表元素被創(chuàng)建，并且他們都指向同一個(gè)i節(jié)點(diǎn)表元素咖楣。兩個(gè)文件表元素都有自己獨(dú)立的current file offset字段督笆，這將導(dǎo)致2個(gè)進(jìn)程獨(dú)立的對(duì)同一個(gè)物理文件進(jìn)行讀寫，因此第1個(gè)進(jìn)程讀取到文件的第1個(gè)字符后诱贿，第2個(gè)進(jìn)程再去讀取該文件時(shí)娃肿，仍然是讀到的是文件的第1個(gè)字符，而不是第1個(gè)字符的后續(xù)字符珠十。
對(duì)應(yīng)用程序員而言咸作，最重要結(jié)論是： 如果子進(jìn)程不打算使用父進(jìn)程打開的文件，那么應(yīng)該在fork返回后立即調(diào)用close關(guān)閉該文件宵睦。
