文件描述符¶
在Linux通用 I/O 模型中， I/O 操作系列函数(系统调用)都是围绕一个叫做 文件描述符 的整数展开。 这不禁让人产生疑问：这个整数代表什么？ 一个数值代表一个文件吗？ 随便传一个整数进去调用可以吗？
解答以上疑问，需要更深入学习—— 文件描述符 ( File Descriptor )。
图解¶
理解具体情况，需要了解由内核维护的 3 个数据结构：
- 进程级 文件描述符表 ( file descriptor table )
- 系统级 打开文件表 ( open file table )
- 文件系统 i-node表 ( i-node table )
这 3 个数据结构之间的关系如 图-1 所示：
图-1：文件描述符、打开文件及 inode 关系
文件描述符表¶
内核为每个进程维护一个 文件描述符表 ，该表每一条目都记录了单个文件描述符的相关信息，包括：
- 控制标志 ( flags )，目前内核仅定义了一个，即
close-on-exec - 打开文件描述体指针
打开文件表¶
内核对所有打开的文件维护一个系统级别的 打开文件描述表 ( open file description table )，简称 打开文件表 。 表中条目称为 打开文件描述体 ( open file description )，存储了与一个打开文件相关的全部信息，包括：
- 文件偏移量 ( file offset )，调用 read() 和 write() 更新，调用 lseek() 直接修改
- 访问模式 ，由 open() 调用设置，例如：只读、只写或读写等
- i-node 对象指针
i-node 表¶
每个文件系统会为存储于其上的所有文件(包括目录)维护一个 i-node 表，单个 i-node 包含以下信息：
- 文件类型 ( file type )，可以是常规文件、目录、套接字或 FIFO
- 访问权限
- 文件锁列表 ( file locks )
- 文件大小
- 等等
i-node 存储在磁盘设备上，内核在内存中维护了一个副本，这里的 i-node 表为后者。 副本除了原有信息，还包括： 引用计数 (从打开文件描述体)、所在 设备号 以及一些临时属性，例如文件锁。
场景解析¶
图-1 中，详细描述了两个进程诸多文件描述符，以及相互关系。
文件描述符复制¶
在进程 A 中，文件描述符 1 和文件描述符 20 都指向同一个打开文件描述体(标号 23 )。 这很可能是通过调用 dup() 系列函数形成的。
文件描述符复制，在某些场景下非常有用，比如：标准输入/输出重定向。 在 shell 下，完成这个操作非常简单，大部分人都会，但是极少人思考过背后的原理。
大概描述一下需要的几个步骤，以标准输出(文件描述符为 1 )重定向为例：
- 打开目标文件，返回文件描述符 n ；
- 关闭文件描述符 1 ；
- 调用 dup 将文件描述符 n 复制到 1 ；
- 关闭文件描述符 n ；
子进程继承文件描述符¶
进程 A 的文件描述符 2 和进程 B 的文件描述符 2 都指向同一个打开文件描述体(标号 73 )。 这种情形很可能发生在调用 fork() 派生子进程之后，比如A调用 fork() 派生出 B 。 这时， B 作为子进程，从父进程 A 继承了文件描述符表，其中包括图中标明的文件描述符 2 。 这就是 子进程继承父进程打开的文件 这句话的由来。
当然了，进程 A 通过Unix套接字将一个文件描述符传递给 B 也会出现类似的情形，但一般文件描述符数值是不一样的。 同时为 2 要非常凑巧才发生。
