文件描述符

在上一篇博客当中，我们知道open函数会返回一个整数，它在本进程中唯一标识了一个文件；

在一个进程中，存在着一个大数组，记录了打开的文件；这个数组的索引就是open函数返回的整数，这个索引就是文件描述符；文件描述符指向的struct file类型记录了与打开的文件相关的信息；

在操作系统当中，是通过进程控制块(PCB)来描述进程信息和相关资源的；

实际上在Linux中，PCB就是一个巨大的结构体，即task_struct结构体；

struct task_struct {
    long pid;        //进程号
    ....
    //文件描述符标志位
    unsigned long close_on_exec;
    //数组的每一项都是文件描述符；NR_OPEN的值在linux 0.11 中被定义为20
    struct file * filp[NR_OPEN];
    ....
};

上面的PCB结构体中，有一个struct file类型的数组 filp[NR_OPEN]；

//struct file记录了文件的相关信息
struct file {
    unsigned short f_mode;    //文件权限位
    unsigned short f_flags;   //文件状态位，只读，只写等等
    unsigned short f_count;   //引用计数
    struct m_inode * f_inode; //文件存在磁盘上的哪个位置等等其它信息由这个字段来解释
    off_t f_pos;              //当前偏移量
};

下图就是，PCB，文件描述符和文件表之间的关系

上图中的flip数组的索引号，就是 文件描述符；数组中的每个元素都是一个指向了struct file类型( 文件表)的指针;

struct file(文件表)中记录了当前打开的文件的重要信息，其中根据 f_inode 成员就可以找到磁盘上的文件；

在上图中，可以看到本进程中有三个文件描述符指向了同一个struct file(文件表)，那么这个文件表中的引用计数必然为 3；

而第二个文件表只有一个指针指向了它，它的引用计数就是1；

在调用 close(fd) 函数的时候，实际上做了两步:

--flip[fd]->count; 
flip[fd] = NULL;

当 count == 0 的时候，才真正的关闭文件；

有没有可能人为的让两个不同的文件描述符指向同一个struct file(文件表)？答案是完全可能，这没什么好奇怪的，函数 dup 和 dup2 就是干这事的。dup2(int oldfd, int newfd) 的函数做的事情大概就向下面这个样子：

int dup2(int oldfd, int newfd) {
    // ...
    close(newfd);
    flip[newfd] = flip[oldfd];
    flip[newfd]->count++;
    //...
    return 0;
}

而 dup 函数只接受一个参数 oldfd，它返回系统分配的新描述符值；

并非所有的操作系统实现方式都如图 1 中所示，在 linux 0.11 中采用的是数组，当然，完全可以采用链表来实现，这取决于不同操作系统的实现方式，万变不离其宗；

lseek 函数

// off_t 可以理解成 int
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

lseek 函数，就是改变 flip[fd] 指向的 struct file 这个结构中的 f_pos 成员的；偏移量

当用 open 函数打开一个文件的时候，该偏移量 f_pos 被默认指定为 0。

如果 whence 等于 SEEK_SET，则 f_pos = offset（offset 只能是正数）
如果 whence 等于 SEEK_CUR, 则 f_pos = f_pos + offset（offset 可正可负）
如果 whence 等于 SEEK_whence，则 f_pos = 文件长度 + offset （offset 可正可负）

如果一个文件中的内容是 hello world，当f_pos==6的时候，执行 read 函数将从字母w开始读取，执行write 也会从 w 处开始写数据；也就是说，改变了这个f_pos的值，所有的读写都会受影响；

示例：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

int main() {
  int fd = open("test", O_RDONLY);
  if (fd < 0) {
    perror("open");
    return 1;
  }
  char buf[64] = {0};
  lseek(fd, 6, SEEK_SET);
  read(fd, buf, 64); 
  printf("%s\n", buf);    //屏幕会打印world.
  return 0;
}

3.文件IO-文件描述符，文件表与lseek

文件描述符

lseek 函数

猜你喜欢