Linux内核之系统调用

最新推荐文章于 2025-10-09 13:47:48 发布

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Linux系统调用是用户空间与内核空间交互的关键，尤其在文件操作中扮演重要角色。当我们使用open系统调用时，会进入内核空间访问task_struct和files_struct。每个文件都有一个文件描述符（fd），与file结构体相关联，保存文件位置等信息。file对象形成系统打开文件表，其引用计数决定何时释放。进程通过文件描述符表访问file对象，实现文件操作。在进程复制（如fork）或系统调用（如dup、dup2）时，文件描述符会被复制或重新分配。此外，close系统调用会根据文件类型执行不同操作，释放相关资源。通过对系统调用的深入剖析，我们可以更好地理解和管理Linux系统中的文件资源。

关于系统调用，我们必须清楚linux内存分为用户空间和内核空间，当我们进行程序应用时用的是用户空间，当我们要打开文件和设备的时候就会使用系统调用来访问内核空间，这时候相当中断一样，我们进入内核空间，当处理完以后才回到用户空间。

以下分析个例子关于open的系统调用

int fd = open("abc.txt",O_CREAT);

if(fd != NULL)

{

    printf("file open:fd\n",fd);

}

close(fd);

这时候，当我们使用open系统调用的时候，就会进入内核空间，访问结构体task_struct,而task_struct里面有一个files_struct，

files_struct
{
  atomic_t count;// count为文件表files_struct的引用计数

  fd[1024];

}

此时返回出来是一个fd[3]

而我们输出的结果正是file open: 3

总的来说，当我们使用系统调用的时候，它会去找task结构体，然后找到我们的file结构体，然后再返回出来fd。

下面来源： https://www.cnblogs.com/zengyiwen/p/5755186.html

每个文件都有一个32位的数字来表示下一个读写的字节位置，这个数字叫做文件位置。每次打开一个文件，除非明确要求，否则文件位置都被置为0，即文件的开始处，此后的读或写操作都将从文件的开始处执行，但你可以通过执行系统调用LSEEK（随机存储）对这个文件位置进行修改。Linux中专门用了一个数据结构file来保存打开文件的文件位置，这个结构称为打开的文件描述（open file description）。这个数据结构的设置是煞费苦心的，因为它与进程的联系非常紧密，可以说这是VFS中一个比较难于理解的数据结构，file结构中主要保存了文件位置，此外，还把指向该文件索引节点的指针也放在其中。file结构形成一个双链表，称为系统打开文件表，其最大长度是NR_FILE，在fs.h中定义为8192。

struct file
{
struct list_head f_list; /*所有打开的文件形成一个链表*/
struct dentry *f_dentry; /*指向相关目录项的指针*/
struct vfsmount *f_vfsmnt; /*指向VFS安装点的指针*/
struct file_operations *f_op; /*指向文件操作表的指针*/
mode_t f_mode; /*文件的打开模式*/
loff_t f_pos; /*文件的当前位置*/
unsigned short f_flags; /*打开文件时所指定的标志*/
unsigned short f_count; /*使用该结构的进程数*/
unsigned long f_reada, f_ramax, f_raend, f_ralen, f_rawin;
/*预读标志、要预读的最多页面数、上次预读后的文件指针、预读的字节数以及预读的页面数*/
int f_owner; /* 通过信号进行异步I/O数据的传送*/
unsigned int f_uid, f_gid; /*用户的UID和GID*/
int f_error; /*网络写操作的错误码*/
unsigned long f_version; /*版本号*/
void *private_data; /* tty驱动程序所需 */
};

内核中，对应于每个进程都有一个文件描述符表，表示这个进程打开的所有文件。文件描述表中每一项都是一个指针，指向一个用于描述打开的文件的数据块———file对象，file对象中描述了文件的打开模式，读写位置等重要信息，当进程打开一个文件时，内核就会创建一个新的 file对象。需要注意的是，file对象不是专属于某个进程的，不同进程的文件描述符表中的指针可以指向相同的file对象，从而共享这个打开的文件。 file对象有引用计数，记录了引用这个对象的文件描述符个数，只有当引用计数为0时，内核才销毁file对象，因此某个进程关闭文件，不影响与之共享同一个file对象的进程.

file对象中包含一个指针，指向dentry对象。dentry对象代表一个独立的文件路径，如果一个文件路径被打开多次，那么会建立多个file对象，但它们都指向同一个dentry对象。

dentry对象中又包含一个指向inode对象的指针。inode对象代表一个独立文件。因为存在硬链接与符号链接，因此不同的dentry 对象可以指向相同的inode对象.inode 对象包含了最终对文件进行操作所需的所有信息，如文件系统类型、文件的操作方法、文件的权限、访问日期等。

打开文件后，进程得到的文件描述符实质上就是文件描述符表的下标，内核根据这个下标值去访问相应的文件对象，从而实现对文件的操作。

注意，同一个进程多次打开同一个文件时，内核会创建多个file对象。

当进程使用fork系统调用创建一个子进程后，子进程将继承父进程的文件描述符表，因此在父进程中打开的文件可以在子进程中用同一个描述符访问。

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