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【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

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目录

  • 一.区分内核文件结构体file和files_struct&C标准库中文件结构体FILE
  • 二.文件描述符fd与进程文件描述符表fd_array
    • 1.file_struct结构体介绍
    • 2.文件描述符fd与文件描述符表介绍
    • 3.文件描述符的分配规则
      • 【1】演示:(用到关闭文件描述符的系统调用:close )

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

  • FILE结构体: 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:它代表一个打开的文件,是Linux内核中的结构体
  • 区分: 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,并记录了该进程当前打开的所有文件的信息。

如下图:进程结构体task_struct有一个文件指针指向files_struct结构体,files_struct结构体经过系统调用open后生成file结构体:
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二.文件描述符fd与进程文件描述符表fd_array

1.file_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。
    在这里插入图片描述

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 文件描述符就fd是 该指针数组的下标。
  • 注意:进程运行的时候默认把 标准输入,标准输出,标准错误 打开, 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

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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 <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{int fd = open("myfile", O_RDONLY);if(fd < 0){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 <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{close(0);//close(2);int fd = open("myfile", O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);close(fd);return 0;
}

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