详解—[Linux 文件描述符]

一、文件描述符的概念 

文件描述符是Linux系统中用于访问文件的一种机制，它是一个非负整数，用于指代被打开的文件。

在Linux中，所有执行I/O操作的系统调用都是通过文件描述符完成的。

文件描述符是一个简单的非负整数，用来表明每一个被进程打开的文件。

在程序刚启动的时候，默认有三个文件描述符，分别是：0 (代表标准输入)，1 (代表标准输出)，2 (代表标准错误)。

我们可以通过open函数得到一个指定文件的文件描述符，如果出现错误则返回-1。open函数需要传入一个文件路径和操作模式，调用会返回一个整型的文件描述符。

在Linux系统中，打开文件的过程涉及到进程、文件描述符、文件描述表、打开文件表、目录项、索引表之间的联系。

当我们打开一个文件时，操作系统会为该进程分配一个文件描述符（file descriptor），并将其存储在该进程的文件描述符表（file descriptor table）中。

然后，操作系统会在打开文件表（open file table）中创建一个新的条目，并将该条目与该文件描述符相关联。

此外，操作系统还会在目录项（directory entry）和索引表（inode table）中查找该文件，并将其加载到内存中。

最后，操作系统会返回该文件描述符给应用程序，以便应用程序可以使用该文件描述符来访问该文件

文件描述符的作用是提供了一种统一的机制来访问不同类型的文件，包括普通文件、设备文件、管道、套接字等。通过文件描述符，应用程序可以使用系统调用来读取、写入、关闭文件等操作。

二、文件描述符、文件、进程之间的关系

1.每个文件描述符会与一个打开的文件相对应；

2.不同的文件描述符也可能指向同一个文件；

3.相同的文件可以被不同的进程打开，也可以在同一个进程被多次打开

三、文件描述符的应用

1、一个进程能够同时打开多个文件，对应需要多个文件描述符，所以需要用一个文件描述符表对文件描述符进行管理；通常默认大小为1024，也即能容纳1024个文件描述符；

2、文件描述符表中0、1、2三个位置对应的文件描述符固定不变，标准输入、标准输出、标准错误；

3、当打开一个文件时，内核会自动在文件描述符表中寻找一个空闲且最小的文件描述符；

4、同一个文件可以被多次打开，但是每打开一次都需要一个新的文件描述符；

5、已经被占用的文件描述符在被释放后，可以后面的文件描述符重新被占用；