Linux 下文件描述符和打开文件之间的关系

2014-07-06 wcdj

文件描述符和打开的文件之间似乎是一一对应的关系，但实际可以多个文件描述符指向同一打开文件，这些文件描述符可能在相同或不同的进程中打开。内核维护的三个数据结构：

(1) 进程级的文件描述符表

(2) 系统级的打开文件表

(3) 文件系统的i-node表

1 进程级的文件描述符表

针对每个进程，内核为其维护打开文件的描述符表，该表的每一条目都记录了单个文件描述符的相关信息：

(a) 控制文件描述符操作的一组标志

(b) 对打开文件句柄的引用

2 系统级的打开文件表

内核对所有打开的文件维护有一个系统级的描述表（也称为，打开文件表），并将表中各条目称为打开文件句柄。一个打开文件句柄存储了与一个打开文件相关的全部信息：

(a) 当前文件偏移量（调用read()和write()时更新，或使用lseek()直接修改）

(b) 打开文件时所使用的状态标志（即，open()的flags参数）

(c) 文件的访问模式（如调用open()时所设置的只读模式、只写模式、或读写模式）

(d) 与信号驱动I/O相关的设置

(e) 对该文件i-node对象的引用

3 文件系统的i-node表

每个文件系统都会为驻留其上的所有文件建立一个i-node表，包含如下信息：

(a) 文件类型（例如，常规文件、套接字、或FIFO）和访问权限

(b) 一个指针，指向该文件所持有的锁的列表

(c) 文件的各种属性，包括文件大小以及与不同类型操作相关的时间戳

下图展示了文件描述符表、打开的文件句柄，以及i-node之间的关系



一些结论：

(1) 两个不同的文件描述符，若指向同一打开的文件句柄，将共享同一文件偏移量。因此，如果通过其中一个文件描述符来修改文件偏移量（由read()、write()或lseek()所致），那么从另一个文件描述符中也会观察到这一变化。无论这两个文件描述符分属于不同进程，还是同属于一个进程，情况都是如此。

(2) 要获取和修改打开的文件标志（例如，O_APPEND、O_NONBLOCK、O_ASYNC），可执行fcntl()的F_GETFL和F_SETFL操作。

(3) 文件描述符标志（即，close-on-exec）为进程和描述符所私有，对这一标志的修改不会影响同一进程或不同进程中其他文件描述符。

参考

[1] TLPI 5.4