在C程序中,文件由文件指針或者文件描述符表示。ISO C的標準I/0庫函數(shù)(fopen, fclose, fread,
fwrite, fscanf, fprintf等)使用文件指針,UNIX的I/O函數(shù)(open, close, read, write,
ioctl)使用文件描述符。下面重點來說下,文件描述符是如何工作的。
文件描述符相當(dāng)于一個邏輯句柄,而open,close等函數(shù)則是將文件或者物理設(shè)備與句柄相關(guān)聯(lián)。句柄是一個整數(shù),可以理解為進程特定的文件
描述符表的索引。先介紹下面三個概念,后面講下open、close等操作以后,文件和文件描述符產(chǎn)生什么關(guān)系,以及fork后文件描述符的繼承等問題。
文件描述符表 :用戶區(qū)的一部分,除非通過使用文件描述符的函數(shù),否則程序無法對其進行訪問。對進程中每個打開的文件,文件描述符表都包含一個條目。
系統(tǒng)文件表 :為系統(tǒng)中所有的進程共享。對每個活動的open, 它都包含一個條目。每個系統(tǒng)文件表的條目都包含文件偏移量、訪問模式(讀、寫、or 讀-寫)以及指向它的文件描述符表的條目計數(shù)。
內(nèi)存索引節(jié)點表: 對系統(tǒng)中的每個活動的文件(被某個進程打開了),內(nèi)存中索引節(jié)點表都包含一個條目。幾個系統(tǒng)文件表條目可能對應(yīng)于同一個內(nèi)存索引節(jié)點表(不同進程打開同一個文件)。
1、舉例: 執(zhí)行myfd = open( "/home/lucy/my.dat", O_RDONLY); 以后,上述3個表的關(guān)系原理圖如下:
圖1
系統(tǒng)文件表包含一個偏移量,給出了文件當(dāng)前的位置。若2個進程同時打開一個文件(如上圖A,B)做讀操作,每個進程都有自己相對于文件的偏移
量,而且讀入整個文件是獨立于另一個進程的;如果2個進程打開同一個文件做寫操作,寫操作是相互獨立的,每個進程都可以重寫另一個進程寫入的內(nèi)容。
如果上面進程在open以后又執(zhí)行了close()函數(shù),操作系統(tǒng)會刪除文件描述符表的第四個條目,和系統(tǒng)文件表的對應(yīng)條目(若指向它的描述符
表唯一),并對內(nèi)存索引節(jié)點表條目中的計數(shù)減1,如果自減以后變?yōu)?,說明沒有其他進程鏈接此文件,將索引節(jié)點表條目也刪除,而這里進程B也在open這
個文件,所以索引節(jié)點表條目保留。
2、文件描述符的繼承
通過fork()創(chuàng)建子進程時,子進程繼承父進程環(huán)境和上下文的大部分內(nèi)容的拷貝,其中就包括文件描述符表。
(1)對于父進程在fork()之前打開的文件來說,子進程都會繼承,與父進程共享相同的文件偏移量。如下圖所示(0-1-2 表示 標準輸入-輸出-錯誤):
圖2 fork()之前打開my.dat
系統(tǒng)文件表位于系統(tǒng)空間中,不會被fork()復(fù)制,但是系統(tǒng)文件表中的條目會保存指向它的文件描述符表的計數(shù),fork()時需要對這個計數(shù)
進行維護,以體現(xiàn)子進程對應(yīng)的新的文件描述符表也指向它。程序關(guān)閉文件時,也是將系統(tǒng)文件表條目內(nèi)部的計數(shù)減一,當(dāng)計數(shù)值減為0時,才將其刪除。
(2)相反,如果父進程先進程fork,再打開my.dat,這時父子進程關(guān)于my.dat
的文件描述符表指向不同的系統(tǒng)文件表條目,也不再共享文件偏移量(fork以后2個進程分別open,在系統(tǒng)文件表中創(chuàng)建2個條目);但是關(guān)于標準輸入,
標準輸出,標準錯誤,父子進程還是共享的。
圖3 fork()以后打開my.dat
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