【Linux】认识Linux内核中进程级别的文件结构体【files_struct】＆文件IO模型初步演示

了解linux内核中进程级别的文件结构体【files_struct】以及文件io模型的初步演示，可以帮助我们更好地理解linux系统中的文件管理机制。以下是详细的介绍和演示：

一.区分内核文件结构体file和files_struct与C标准库中文件结构体FILE

• FILE结构体：这是C标准库中定义的一个结构体，用于表示一个打开的文件流，并封装了文件操作的相关信息。
• file结构体：这是Linux内核中的结构体，代表一个打开的文件。
• files_struct结构体：这是Linux内核中定义的一个结构体，用于表示进程级别的文件描述符表，并记录了该进程当前打开的所有文件的信息。如下图所示，进程结构体task_struct有一个文件指针指向files_struct结构体，files_struct结构体通过系统调用open后生成file结构体：

二.文件描述符fd与进程文件描述符表fd_array

1. files_struct结构体介绍

   files_struct结构体是Linux内核中定义的一个结构体，用于表示进程级别的文件描述符表。在Linux系统中，每个进程都有一个与之关联的文件描述符表，该表记录了该进程当前打开的所有文件的信息。以下是files_struct结构体的一些关键字段：

   • fd_array[]：这是一个指针数组，用于存储指向file结构体的指针。每个指针都指向一个打开的文件的file结构体，而文件描述符就是该指针数组的下标。
   • 文件引用计数：files_struct结构体还包含了一些用于管理文件描述符和文件引用的计数信息。例如，每个打开的file结构体都有一个引用计数，表示有多少个文件描述符指向它。当引用计数降为零时，表示没有文件描述符再指向该文件，此时可以关闭该文件并释放相关资源。

   

2. 文件描述符fd与文件描述符表介绍

   fd_array是一个指针数组，用于存储指向file结构体的指针。每个指针都指向一个打开的文件的file结构体，而文件描述符fd就是该指针数组的下标。注意：进程运行的时候默认会打开标准输入、标准输出、标准错误，占用了fd0、1、2位，为了让程序员默认进行输入输出代码编写（0、1、2对应的物理设备一般是：键盘、显示器、显示器）。files_struct结构体中有一块区域用于存储这些信息。

   

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3. 文件描述符的分配规则

   文件描述符的分配规则总结：寻找最小的，没有被使用的数据的位置，分配给指定的打开文件！

   【1】演示：（用到关闭文件描述符的系统调用：close）

   输出结果为fd：3

   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   
   int main() {
       int fd = open("myfile", O_RDONLY);
       if(fd == -1) {
           perror("open");
           return 1;
       }
       printf("fd: %d\n", fd);
       close(fd);
       return 0;
   }

   关闭0或者2结果：关闭0时输出fd：0，关闭2时输出fd：2

   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   #include 
   
   int main() {
       close(0); // 或者 close(2);
       int fd = open("myfile", O_RDONLY);
       if(fd == -1) {
           perror("open");
           return 1;
       }
       printf("fd: %d\n", fd);
       close(fd);
       return 0;
   }

通过以上内容，我们可以更好地理解Linux内核中文件管理的机制，特别是文件描述符和文件结构体的关系。