理解文件描述符

在Linux操作系统中，可以将一切都看作是文件，包括普通文件，目录文件，字符设备文件（如键盘，鼠标...），块设备文件（如硬盘，光驱...），套接字等等，所有一切均抽象成文件，提供了统一的接口，方便应用程序调用

既然在Linux操作系统中，你将一切都抽象为了文件，那么对于一个打开的文件，我应用程序怎么对应上呢？

文件描述符应运而生

文件描述符：简称fd，当应用程序请求内核打开/新建一个文件时，内核会返回一个文件描述符用于对应这个打开/新建的文件，其fd本质上就是一个非负整数，读写文件也是需要使用这个文件描述符来指定待读写的文件的

操作系统的核心叫内核，是一个独立的软件

操作系统为每一个进程维护了一个文件描述符表，该表的索引值都从从0开始的，所以在不同的进程中可以看到相同的文件描述符，这种情况下相同的文件描述符可能指向同一个文件，也可能指向不同的文件，具体情况需要具体分析，下面用一张简图就可以很容易的明白了

通过上图可以看到，当不同进程中出现相同的文件描述符时，可能实际对应的文件并不是同一个，相反不同进程中不同的文件描述符也可可能对应同一个文件

文件描述符是一个重要的系统资源，理论上系统内存多大就应该可以打开多少个文件描述符，但是实际情况是，内核会有系统级限制，以及用户级限制（不让某一个应用程序进程消耗掉所有的文件资源，可以使用ulimit -n 查看）

进程 + 文件描述符ID确认，因为内核为每个进程都有一份其所属的文件描述符表

应用程序进程拿到的文件描述符ID == 进程文件描述符表的索引，通过索引拿到文件指针，指向系统级文件描述符表的文件偏移量，再通过文件偏移量找到inode指针，最终对应到真实的文件

最后说下套接字，套接字也是文件，当server端监听到有连接时，应用程序会请求内核创建Socket，Socket创建好后会返回一个文件描述符给应用程序，当有数据包过来网卡时，内核会通过数据包的源端口，源ip，目的端口等在内核维护的一个ipcb双向链表中找到对应的Socket，并将数据包赋值到该Socket的缓冲区，应用程序请求读取Socket中的数据时，内核就会将数据拷贝到应用程序的内存空间，从而完成读取Socket数据

这里提一下，操作系统针对不同的传输方式（TCP，UDP）会在内核中各自维护一个Socket双向链表，当数据包到达网卡时，会根据数据包的源端口，源ip，目的端口从对应的链表中找到其对应的Socket，并会将数据拷贝到Socket的缓冲区，等待应用程序读取

最后附上Linux中进程结构图

文件描述符的好处主要有两个：

基于文件描述符的I/O操作兼容POSIX标准。

在UNIX、Linux的系统调用中，大量的系统调用都是依赖于文件描述符。

例如,下面的代码就示范了如何基于文件描述符来读取当前目录下的一个指定文件，并把文件内容打印至Console中。

此外，在Linux系列的操作系统上，由于Linux的设计思想便是把一切设备都视作文件。因此，文件描述符为在该系列平台上进行设备相关的编程实际上提供了一个统一的方法。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

int main(void){ int fdint numbyteschar path[] = filechar buf[256]/*

* O_CREAT: 如果文件不存在则创建

* O_RDONLY:以只读模式打开文件

*/

fd = open(path, O_CREAT | O_RDONLY, 0644)

if(fd <0){ perror(open())

exit(EXIT_FAILURE)} memset(buf, 0x00, 256)

while((numbytes = read(fd, buf, 255)) >0){ printf(%d bytes read: %s, numbytes, buf)

memset(buf, 0x00, 256)

} close(fd)

exit(EXIT_SUCCESS)} 文件描述符的概念存在两大缺点:

在非UNIX/Linux操作系统上(如Windows NT)，无法基于这一概念进行编程。

由于文件描述符在形式上不过是个整数，当代码量增大时，会使编程者难以分清哪些整数意味着数据，哪些意味着文件描述符。因此，完成的代码可读性也就会变得很差。

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