什么是文件描述符
時間：2018-09-25 來源：未知
Linux內核在各種不同的文件系統格式之上做了一個抽象層，使得文件、目錄、讀寫訪問等概念成為抽象層的概念，因此各種文件系統看起來用起來都一樣，這個抽象層稱為虛擬文件系統(VFS，Virtual Filesystem)。
內核數據結構
Linux內核的VFS子系統可以圖示如下：
每個進程在PCB(Process Control Block)中都保存著一份文件描述符表，文件描述符就是這個表的索引，每個表項都有一個指向已打開文件的指針，現在我們明確一下：已打開的文件在內核中用file結構體表示，文件描述符表中的指針指向file結構體。
在file結構體中維護File Status Flag(file結構體的成員f_flags)和當前讀寫位置(file結構體的成員f_pos)。在上圖中，進程1和進程2都打開同一文件，但是對應不同的file結構體，因此可以有不同的File Status Flag和讀寫位置。file結構體中比較重要的成員還有f_count，表示引用計數(Reference Count)，fork等系統調用會導致多個文件描述符指向同一個file結構體，例如有fd1和fd2都引用同一個file結構體，那么它的引用計數就是2，當close(fd1)時并不會釋放file結構體，而只是把引用計數減到1，如果再close(fd2)，引用計數就會減到0同時釋放file結構體，這才真的關閉了文件。
每個file結構體都指向一個file_operations結構體，這個結構體的成員都是函數指針，指向實現各種文件操作的內核函數。比如在用戶程序中read一個文件描述符，read通過系統調用進入內核，然后找到這個文件描述符所指向的file結構體，找到file結構體所指向的file_operations結構體，調用它的read成員所指向的內核函數以完成用戶請求。在用戶程序中調用lseek、read、write、ioctl、open等函數，終都由內核調用file_operations的各成員所指向的內核函數完成用戶請求。file_operations結構體中的release成員用于完成用戶程序的close請求，之所以叫release而不叫close是因為它不一定真的關閉文件，而是減少引用計數，只有引用計數減到0才關閉文件。對于同一個文件系統上打開的常規文件來說，read、write等文件操作的步驟和方法應該是一樣的，調用的函數應該是相同的，所以圖中的三個打開文件的file結構體指向同一個file_operations結構體。如果打開一個字符設備文件，那么它的read、write操作肯定和常規文件不一樣，不是讀寫磁盤的數據塊而是讀寫硬件設備，所以file結構體應該指向不同的file_operations結構體，其中的各種文件操作函數由該設備的驅動程序實現。
每個file結構體都有一個指向dentry(目錄項)結構體的指針，我們傳給open、stat等函數的參數是一個路徑，例如/home/akaedu/a，需要根據路徑找到文件的inode。為了減少讀盤次數，內核緩存了目錄的樹狀結構，稱為dentry cache，其中每個節點是一個dentry結構體，只要沿著路徑各部分的dentry搜索即可，從根目錄/找到home目錄，然后找到akaedu目錄，然后找到文件a。dentry cache只保存近訪問過的目錄項，如果要找的目錄項在cache中沒有，就要從磁盤讀到內存中。
每個dentry結構體都有一個指針指向inode結構體。inode結構體中保存著從磁盤分區的inode讀上來信息，例如所有者、inode節點、文件大小、文件類型和權限位等。我們通過ln命令創建的硬鏈接就是使不同的dentry中的結構體指針指向同一個inode結構體而已。每個inode結構體都有一個指向inode_operations結構體的指針，后者也是一組函數指針指向一些完成文件目錄操作的內核函數。和file_operations不同，inode_operations所指向的不是針對某一個文件進行操作的函數，而是影響文件和目錄布局的函數，例如添加刪除文件和目錄、跟蹤符號鏈接等等，屬于同一文件系統的各inode結構體可以指向同一個inode_operations結構體。
inode結構體有一個指向super_block結構體的指針。super_block結構體保存著從磁盤分區的超級塊讀上來的信息，例如文件系統類型、塊大小等。
