在Linux通用I/O模型中，I/O操作系列函數(系統調用)都是圍繞一個叫做文件描述符的整數展開。這不禁讓人產生疑問：這個整數代表什麼？一個數值代表一個文件嗎？隨便傳一個整數進去調用可以嗎？ ...
在Linux通用I/O模型中，I/O操作系列函數(系統調用)都是圍繞一個叫做文件描述符的整數展開。這不禁讓人產生疑問：這個整數代表什麼？一個數值代表一個文件嗎？隨便傳一個整數進去調用可以嗎？
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解答以上疑問，需要更深入學習——文件描述符(File Descriptor)。
圖解
理解具體情況，需要瞭解由內核維護的3個數據結構：
- 進程級文件描述符表(file descriptor table)
- 系統級打開文件表(open file table)
- 文件系統i-node表(i-node table)
這3個數據結構之間的關係如下圖所示：
文件描述符表
內核為每個進程維護一個文件描述符表，該表每一條目都記錄了單個文件描述符的相關信息，包括：
- 控制標誌(flags)，目前內核僅定義了一個，即
close-on-exec - 打開文件描述體指針
打開文件表
內核對所有打開的文件維護一個系統級別的打開文件描述表(open file description table)，簡稱打開文件表。表中條目稱為打開文件描述體(open file description)，存儲了與一個打開文件相關的全部信息，包括：
- 文件偏移量(file offset)，調用
read()和write()更新，調用lseek()直接修改 - 訪問模式，由
open()調用設置，例如：只讀、只寫或讀寫等 i-node對象指針
i-node表
每個文件系統會為存儲於其上的所有文件(包括目錄)維護一個i-node表，單個i-node包含以下信息：
- 文件類型(file type)，可以是常規文件、目錄、套接字或
FIFO - 訪問許可權
- 文件鎖列表(file locks)
- 文件大小
- 等等
i-node存儲在磁碟設備上，內核在記憶體中維護了一個副本，這裡的i-node表為後者。副本除了原有信息，還包括：引用計數(從打開文件描述體)、所在設備號以及一些臨時屬性，例如文件鎖。
場景解析
上圖中，詳細描述了兩個進程諸多文件描述符，以及相互關係。
文件描述符複製
在進程A中，文件描述符1和文件描述符20都指向同一個打開文件描述體(標號23)。這很可能是通過調用dup()系列函數形成的。
文件描述符複製，在某些場景下非常有用，比如：標準輸入/輸出重定向。在shell下，完成這個操作非常簡單，大部分人都會，但是極少人思考過背後的原理。
大概描述一下需要的幾個步驟，以標準輸出(文件描述符為1)重定向為例：
- 打開目標文件，返迴文件描述符n；
- 關閉文件描述符1；
- 調用
dup將文件描述符n複製到1； - 關閉文件描述符n；
子進程繼承文件描述符
進程A的文件描述符2和進程B的文件描述符2都指向同一個打開文件描述體(標號73)。這種情形很可能發生在調用fork()派生子進程之後，比如A調用fork()派生出B。這時，B作為子進程，從父進程A繼承了文件描述符表，其中包括圖中標明的文件描述符2。這就是子進程繼承父進程打開的文件這句話的由來。
當然了，進程A通過Unix套接字將一個文件描述符傳遞給B也會出現類似的情形，但一般文件描述符數值是不一樣的。同時為2要非常湊巧才發生。
下一步
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