Linux：文件描述符介绍

1、虚拟地址空间

(1)What（什么是虚拟地址空间）

它是用于CPU和物理内存之间的一个中间层，每一个进程都拥有独立的虚拟地址空间，用于加载程序数据，首地址为0（起始的0地址是被虚拟出来的，不是物理内存的0地址）

32位的应用程序所对应的进程拥有的虚拟内存大小为2^32字节（4GB）

虚拟地址空间主要分为两个部分：内核区和用户区

• 内核区为内核保留，不允许应用程序读写该区域的内容或直接调用内核代码定义的函数；所有进程的虚拟地址空间的内存区都会映射到同一块物理内存上（因为系统内存只有一个）
• 用户区用于存储进程运行过程中的各种数据

用户区：虚拟地址空间的用户区范围是0-3G区间，内部分为

• 保留区：位于虚拟地址空间最底部，未映射物理地址。任何对它的引用都是非法的，程序中的空指针（NULL）指向的就是这块内存地址
• .txt区：文本区域，CPU的机器指令都存放在该区域，该区域是只读的，用于保护指令在运行期间不被修改
• .data区：也称静态存储区，用于存放已经初始化且初始值不为0的静态变量和全局变量，可以对该区域进行读和写操作
• .bss区：用于存放未被初始化的全局变量和静态变量，操作系统会将这些未被初始化的全局变量和静态变量初始化为0
• 堆区：用于存放程序运行时动态分配的数据，堆中的数据是匿名性质的，只能通过指针间接访问
• 内存映射区：用于加载磁盘文件，也用于加载运行时调用的动态库
• 栈区：存储函数内部声明的非静态局部变量，函数参数，函数返回地址等信息，分配的内存是连续的，栈和堆地址是”方向相反“的方向生长的
• 环境变量：存储和进行相关的信息，如进程工作路径、进程所有者
• 命令行参数：存储进程执行时传递给进程的参数

(2)Why（为什么需要虚拟地址空间）

虚拟地址空间的作用很多，如隐藏真实的物理内存空间，防止恶意程序随意修改其他进程的内存数据；还能提高内存的使用效率，虚拟内存地址空间对应的内存空间不一定要连续，操作系统将虚拟地址映射到适当的物理内存上，这样，只要操作系统处理好虚拟地址到物理内存地址的映射，就可以保证不同的程序最终访问的内存地址位于不同的区域，彼此没有重叠，就可以达到内存地址空间隔离的效果。

2、文件描述符

(1)What（什么是文件描述符）

在Linux操作系统中，一切都被抽象成文件，并使用文件描述符来管理抽象文件。文件描述符的本质是一个非负整数，操作系统内部维护了一个和进行相对应的文件描述符表

int open(const char *strPth, int flags);

(2)文件描述符表

本质是非负整数和文件（包括硬件设备）的映射关系表，每一个进程都有一个文件描述符表，用于访问文件

文件最大数：每一个进程的文件描述符表打开的文件数量是有限制的（取决于操作系统的硬件配置），默认的数量是1024
默认分配的文件描述符：当进程被启动之后，内核PCB的文件描述符表中就已经分配了三个文件描述符，这三个文件描述符对应的都是当前启动这个进程的终端文件，它们分别是：标准输入（STDIN_FILENO，0）、标准输出（STDOUT_FILENO，1）、标准错误（STDERR_FILENO，2）；故进程分配文件描述符是从3开始分配的