linux 文件描述符表 打开文件表 inode

在Linux中，进程是通过文件描述符（file descriptors，简称fd）而不是文件名来访问文件的，文件描述符实际上是一个整数。Linux中规定每个进程能最多能同时使用NR_OPEN个文件描述符，这个值在fs.h中定义，为1024*1024（2.0版中仅定义为256）。

每个文件都有一个32位的数字来表示下一个读写的字节位置，这个数字叫做文件位置。每次打开一个文件，除非明确要求，否则文件位置都被置为0，即文件的开始处，此后的读或写操作都将从文件的开始处执行，但你可以通过执行系统调用LSEEK（随机存储）对这个文件位置进行修改。Linux中专门用了一个数据结构file来保存打开文件的文件位置，这个结构称为打开的文件描述（open file description）。这个数据结构的设置是煞费苦心的，因为它与进程的联系非常紧密，可以说这是VFS中一个比较难于理解的数据结构。

file结构中主要保存了文件位置，此外，还把指向该文件索引节点的指针也放在其中。file结构形成一个双链表，称为系统打开文件表，其最大长度是NR_FILE，在fs.h中定义为8192。

file结构在include\linux\fs.h中定义如下：

struct file

{

 struct list_head        f_list;    /*所有打开的文件形成一个链表*/

 struct dentry           *f_dentry; /*指向相关目录项的指针*/

 struct vfsmount         *f_vfsmnt; /*指向VFS安装点的指针*/

 struct file_operations  *f_op;     /*指向文件操作表的指针*/

 mode_t f_mode;                                  /*文件的打开模式*/

 loff_t f_pos;                                   /*文件的当前位置*/

 unsigned short f_flags;                         /*打开文件时所指定的标志*/

 unsigned short f_count;                           /*使用该结构的进程数*/

 unsigned long f_reada, f_ramax, f_raend, f_ralen, f_rawin;

 /*预读标志、要预读的最多页面数、上次预读后的文件指针、预读的字节数以及预读的页面数*/

 int f_owner;                  /* 通过信号进行异步I/O数据的传送*/

 unsigned int         f_uid, f_gid;  /*用户的UID和GID*/

 int                 f_error;       /*网络写操作的错误码*/



 unsigned long f_version;           /*版本号*/

 void *private_data;                      /* tty驱动程序所需 */

};

内核中，对应于每个进程都有一个文件描述符表，表示这个进程打开的所有文件。文件描述表中每一项都是一个指针，指向一个用于描述打开的文件的数据块———file对象，file对象中描述了文件的打开模式，读写位置等重要信息，当进程打开一个文件时，内核就会创建一个新的file对象。需要注意的是，file对象不是专属于某个进程的，不同进程的文件描述符表中的指针可以指向相同的file对象，从而共享这个打开的文件。file对象有引用计数，记录了引用这个对象的文件描述符个数，只有当引用计数为0时，内核才销毁file对象，因此某个进程关闭文件，不影响与之共享同一个file对象的进程.

file对象中包含一个指针，指向dentry对象。dentry对象代表一个独立的文件路径，如果一个文件路径被打开多次，那么会建立多个file对象，但它们都指向同一个dentry对象。

dentry对象中又包含一个指向inode对象的指针。inode对象代表一个独立文件。因为存在硬链接与符号链接，因此不同的dentry对象可以指向相同的inode对象.inode 对象包含了最终对文件进行操作所需的所有信息，如文件系统类型、文件的操作方法、文件的权限、访问日期等。

打开文件后，进程得到的文件描述符实质上就是文件描述符表的下标，内核根据这个下标值去访问相应的文件对象，从而实现对文件的操作。

注意，同一个进程多次打开同一个文件时，内核会创建多个file对象。

当进程使用fork系统调用创建一个子进程后，子进程将继承父进程的文件描述符表，因此在父进程中打开的文件可以在子进程中用同一个描述符访问。