[linux]文件描述符再探

第一點也是最重要的一點：在linux上所有的硬件掛載/dev/mouse，pipe，文件，socket等都是文件！都是可以通過文件描述符來訪問到的。

文件描述符file descriptor:是一個對文件的索引號，可以認爲是一個公司裏面的員工id號，通過id可以索引到員工，然後對員工進行一些操作。

首先要理解文件描述符，得有如下3個內核所維護的數據結構概念：

1.進程級的文件描述符

2.系統級的打開文件表

3.文件系統的i-node表

進程級的文件描述符：

針對於每一個進程，內核都會維護打開文件的描述符表,表中的每一條記錄都記錄了單個文件的相關信息，控制文件描述操作的標誌，對打開句柄的引用，這裏的句柄是指系統級打開文件表中的條目。

系統級的打開文件表：

內核對所有打開的文件維護一個系統級的文件打開表，並將表中的各條目稱之爲打開句柄。一個句柄存儲了打開文件的相關信息。包括文件偏移，打開文件狀態flags，文件的訪問模式，信號驅動I/O相關設置，對文件系統中的i-node的引用。

文件系統的i-node表：

目前linux的文件系統已經到了ext4,想知道自己系統的文件系統是什麼 可以使用

df -aT

進行查看。一個文件在linux中可以有屬性，權限，數據信息。ext文件系統通暢將這兩部分的數據分別存放在不同的快，權限和屬性放在inode中，實際數據則放在data block中。

一個文件會佔用一個inode，inode記錄文件的數據所在的block號碼。如下圖所示：

假設一個文件存放在inode4號，而這個文件實際放在了2,7,13,15這四個data block中，此時操作系統讀出四個block就能將文件內容讀出。

在程序中一個默認使用了3個文件描述符 0 ~ 2, 標準輸入輸出錯誤：STDIN_FILENO = 0,STDOUT_FILENO = 1,STDERR_FILENO = 2。

當用

int open(char* name,int flags,.../* mode_t mode */);

當開一個文件的時候，會返回最低的未使用的文件描述符序號，當標準輸入，輸出，錯誤被佔用的情況下，將返回3；

上圖中進程A的文件描述符fd 1 和 20是指向同一個句柄，這可能是因爲使用了dup(),dup2(),fcntl()函數產生的

進程A的文件描述符 fd 2和 進程B的文件描述符 fd 2都指向同一個句柄，這可能是因爲執行fork()之後，產生的內存拷貝，即A和B是父子進程關係，繼承來的。

進程A的文件描述符 fd 0 和 進程B的文件描述符 fd 3 指向不同的句柄，但是指向同一個inode,可能是因爲都打開了同一個文件，同一個進程兩次打開一個文件也會發生這種情況。

總結：兩個不同的文件描述符，若指向同一個打開文件句柄，則共享偏移，即通過一個文件描述符更改內容，另外一個文件描述符也是可以觀察到的。

那麼兩條命令行

./run_script >result.log 2>result.log

./run_script >result.log 2>&1

第一條命令行 相當於 創建了兩個文件描述符，但是不共享句柄，即偏移不共享，這就會產生十分怪異的情況，即輸出結果是亂序的

第二條命兩行 將文件描述符複製標準輸入文件描述符，共享句柄，共享偏移，輸出結果和控制檯輸出結果是一致的。

複製描述符 可以用

int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd,int newfd);

dup()函數會複製一個文件描述符，返回一個指向相同句柄的新文件描述符，新文件描述符從最低未使用的描述符選擇。

比如：

close(STDIN_FILENO);
newfd = dup(STDOUT_FILENO);

這個時候 newfd就是0。因爲標準輸入所佔用的文件描述符爲0，這個時候關閉了，0變成未使用，那麼dup之後將使得newfd將變成0即最小未使用的文件描述符。

dup2()所執行的功能即 若是指定的新的文件描述符存在，則關閉，然後返回，否則直接返回。