文件描述符(File Descriptor)
a small, nonnegative integer for use in subsequent system calls (read(2), write(2), lseek(2), fcntl(2), etc.) ($man 2 open). 一个程序开始运行时一般会有3个已经打开的文件描述符:
0 :STDIN_FIFLENO,标准输入stdin
1 :STDOUT_FILENO,标准输出stdout
2 :STDERR_FILENO,标准错误stderror
fd原理
fd从0开始, 查找最小的未被使用的描述符, 把文件表指针与文件表描述符建立对应关系(VS pid是一直向上涨,满了再回来找)
文件描述符就是一个int, 用于代表一个打开的文件, 但是文件的管理信息不能够不是存放在文件描述符中,当使用open()函数打开一个文件时, OS会将文件的相关信息加载到文件表等数据结构中, 但出于安全和效率等因素的考虑, 文件表等数据结构并不适合直接操作, 而是给该结构指定一个编号, 使用编号来进行操作, 该编号就是文件描述符
OS会为每个进程内部维护一张文件描述符总表, 当有新的文件描述符需求时, 会去总表中查找最小的未被使用的描述符返回, 文件描述符虽然是int类型, 但其实是非负整数, 也就是0~OPEN_MAX(当前系统中为1024), 其中0,1,2已被系统占用,分别表示stdin, stdout,stderror
使用close()关闭fd时, 就是将fd和文件表结构之间的对应关系从总表中移除, 但不一定会删除文件表结构, 只有当文件表没有与其他任何fd对应时(也就是一个文件表可以同时对应多个fd)才会删除文件表, close()也不会改变文件描述符本身的整数值, 只会让该文件描述符无法代表一个文件而已
duplicate fdVS copy fd:dup是把old_fd对应的文件表指针复制给new_fd, 而不是int new_fd=old_fd
UNIX使用三种数据结构描述打开的文件:每个进程中用于描述当前进程打开文件的文件描述符表,表示当前文件状态的文件状态标识表,和用于找到文件i节点(索引节点)的V节点表,Linux中并不使用这种Vnode结构,取而代之的是一种通用的inode结构,但本质没有区别,inode是在读取文件时通过文件系统从磁盘中导入的文件位置
文件描述符标志(File Descriptor Flag)
当下的系统只有一个文件描述符标志close-on-exec,仅仅是一个标志,当进程fork一个子进程的时候,在子进程中调用了exec函数时就用到了该标志。意义是执行exec前是否要关闭这个文件描述符。
一般我们会调用exec执行另一个程序,此时会用全新的程序替换子进程的正文,数据,堆和栈等。此时保存文件描述符的变量当然也不存在了,我们就无法关闭无用的文件描述符了。所以通常我们会fork子进程后在子进程中直接执行close关掉无用的文件描述符,然后再执行exec。但是在复杂系统中,有时我们fork子进程时已经不知道打开了多少个文件描述符(包括socket句柄等),这此时进行逐一清理确实有很大难度。我们期望的是能在fork子进程前打开某个文件句柄时就指定好:这个句柄我在fork子进程后执行exec时就关闭”。所以就有了 close-on-exec
每个文件描述符都有一个close-on-exec标志。在系统默认情况下,这个标志最后一位被设置为0。即关闭了此标志。那么当子进程调用exec函数,子进程将不会关闭该文件描述符。此时,父子进程将共享该文件,它们具有同一个文件表项,也就有了同一个文件偏移量等。
fcntl()的FD_CLOEXEC和open()的O_CLOEXEC用来设置文件的close-on-exec,当将close-on-exec标志置为1时,即开启此标志, 此时子进程调用exec函数之前,系统就已经让子进程将此文件描述符关闭。
Note:虽然新版本支持在open时设置CLOEXEC,但是在编译的时候还是会提示错误 - error: ‘O_CLOEXEC’ undeclared (first use in this function)。这个功能需要设置宏(_GNU_SOURCE)打开。
#define _GNU_SOURCE //在源代码中加入
-D_GNU_SOURCE
文件状态标志(File Status Flag)
File status flags 用来表示打开文件的属性,file status flag可以通过duplicate一个文件描述符来共享同一个打开的文件的状态,而file descrptor flag则不行
Access Modes:指明文件的access方式:read-only, write-only,read-write。通过open()设置,通过fcntl()返回,但不能被改变
Open-time Flags:指明在open()执行的时候的操作,open()执行完毕这个flag不会被保存
Operating Modes:影响read,write操作,通过open()设置,但可以用fcntl()读取或改变
open()
#include
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