fork()子进程与父进程之间的文件描述符问题

不错的文章，收藏，以备查阅：http://keren.blog.51cto.com/720558/170822

在C程序中，文件由文件指针或者文件描述符表示。ISO C的标准I/0库函数（fopen, fclose, fread, fwrite, fscanf, fprintf等）使用文件指针，UNIX的I/O函数（open, close, read, write, ioctl）使用文件描述符。下面重点来说下，文件描述符是如何工作的。

文件描述符相当于一个逻辑句柄，而open,close等函数则是将文件或者物理设备与句柄相关联。句柄是一个整数，可以理解为进程特定的文件描述符表的索引。先介绍下面三个概念，后面讲下open、close等操作以后，文件和文件描述符产生什么关系，以及fork后文件描述符的继承等问题。

文件描述符表：用户区的一部分，除非通过使用文件描述符的函数，否则程序无法对其进行访问。对进程中每个打开的文件，文件描述符表都包含一个条目。
系统文件表：为系统中所有的进程共享。对每个活动的open, 它都包含一个条目。每个系统文件表的条目都包含文件偏移量、访问模式（读、写、or 读-写）以及指向它的文件描述符表的条目计数。
内存索引节点表: 对系统中的每个活动的文件（被某个进程打开了），内存中索引节点表都包含一个条目。几个系统文件表条目可能对应于同一个内存索引节点表（不同进程打开同一个文件）。
1、举例: 执行myfd = open( "/home/lucy/my.dat", O_RDONLY); 以后，上述3个表的关系原理图如下：

系统文件表包含一个偏移量，给出了文件当前的位置。若2个进程同时打开一个文件（如上图A,B）做读操作，每个进程都有自己相对于文件的偏移量，而且读入整个文件是独立于另一个进程的；如果2个进程打开同一个文件做写操作，写操作是相互独立的，每个进程都可以重写另一个进程写入的内容。
如果上面进程在open以后又执行了close（）函数，操作系统会删除文件描述符表的第四个条目和系统文件表的对应条目（若指向它的描述符表唯一），并对内存索引节点表条目中的计数减1，如果自减以后变为0，说明没有其他进程链接此文件，将索引节点表条目也删除，而这里进程B也在open这个文件，所以索引节点表条目保留。

2、文件描述符的继承

通过fork（）创建子进程时，子进程继承父进程环境和上下文的大部分内容的拷贝，其中就包括文件描述符表。

（1）对于父进程在fork（）之前打开的文件来说，子进程都会继承，与父进程共享相同的文件偏移量。如下图所示（0-1-2 表示标准输入-输出-错误）：

系统文件表位于系统空间中，不会被fork()复制，但是系统文件表中的条目会保存指向它的文件描述符表的计数，fork()时需要对这个计数进行维护，以体现子进程对应的新的文件描述符表也指向它。程序关闭文件时，也是将系统文件表条目内部的计数减一，当计数值减为0时，才将其删除。
（2）相反，如果父进程先进程fork，再打开my.dat，这时父子进程关于my.dat 的文件描述符表指向不同的系统文件表条目，也不再共享文件偏移量（fork以后2个进程分别open，在系统文件表中创建2个条目）；但是关于标准输入，标准输出，标准错误，父子进程还是共享的。