【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

前言

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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：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：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：

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。
  

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

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;
}