进程打开文件的本质以及文件描述符的本质

进程打开文件的本质

当我们打开文件时，操作系统在内存中要创建相应的数据结构来描述目标文件。于是就有了file结构体。表⽰⼀个已经打开的文件对象。而进程执行open系统调⽤，所以必须让进程和文件关联起来。每个进程都有⼀个指针*files, 指向⼀张表files_struct,该表最重要的部分就是包涵一个指针数组，每个元素都是一个指向打开文件的指针!所以，本质上，文件描述符就是该数组的下标。所以，只要拿着文件描述符，就可以找到对应的文件。

文件描述符的本质

本质是数组元素的下标，每个进程都对应一张文件描述符表，该表可视为指针数组，给数组的元素指向文件表的一个元素，数组元素的下标就是大名鼎鼎的文件描述符

图详解：

1.右侧的表称为i节点表，在整个系统中只有1张。该表可以视为结构体数组，该数组的一个元素对应于一个物理文件。
2.中间的表称为文件表，在整个系统中只有1张。该表可以视为结构体数组，一个结构体中有很多字段，其中有3个字段比较重要：


file status flags
用于记录文件被打开来读的，还是写的。其实记录的就是open调用中用户指定的第2个参数
current file offset
用于记录文件的当前读写位置（指针）。正是由于此字段的存在，使得一个文件被打开并读取后，
下一次读取将从上一次读取的字符后开始读取
v-node ptr
该字段是指针，指向右侧表的一个元素，从而关联了物理文件。


3.左侧的表称为文件描述符表，每个进程有且仅有1张。该表可以视为指针数组，数组的元素指向文件表的一个元素。最重要的是：数组元素的下标就是大名鼎鼎的文件描述符。
4.open系统调用执行的操作：新建一个i节点表元素，让其对应打开的物理文件（如果对应于该物理文件的i节点元素已经建立，就不做任何操作）；新建一个文件表的元素，根据open的第2个参数设置file status flags字段，将current file offset字段置0，将v-node ptr指向刚建立的i节点表元素；在文件描述符表中，寻找1个尚未使用的元素，在该元素中填入一个指针值，让其指向刚建立的文件表元素。最重要的是：将该元素的下标作为open的返回值返回。
5.这样一来，当调用read（write）时，根据传入的文件描述符，OS就可以找到对应的文件描述符表元素，进而找到文件表的元素，进而找到i节点表元素，从而完成对物理文件的读写。