详解Linux文件描述符

Linux内核（kernel）利用文件描述符（file descriptor）来访问文件。文件描述符是非负整数。打开现存文件或新建文件时，内核会返回一个文件描述符。在Linux系统中，读写文件也需要使用Linux文件描述符来指定待读写的文件。

实际上，文件描述符是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。

习惯上，标准输入（standard input）的Linux文件描述符是 0，标准输出（standard output）是 1，标准错误（standard error）是 2。尽管这种习惯并非Unix内核的特性，但是因为一些 shell 和很多应用程序都使用这种习惯，因此，如果内核不遵循这种习惯的话，很多应用程序将不能使用。因此，在Linux的系统调用中，大量的系统调用都是依赖于Linux文件描述符。

先说files，它是一个文件指针数组。一般来说，一个进程会从files[0]读取输入，将输出写入files[1]，将错误信息写入files[2]。

举个例子，以我们的角度 C 语言的printf函数是向命令行打印字符，但是从进程的角度来看，就是向files[1]写入数据；同理，scanf函数就是进程试图从files[0]这个文件中读取数据。

每个进程被创建时，files的前三位被填入默认值，分别指向标准输入流、标准输出流、标准错误流。我们常说的「文件描述符」就是指这个文件指针数组的索引，所以程序的文件描述符默认情况下 0 是输入，1 是输出，2 是错误。

进程获取文件描述符最常见的方法是通过本机子例程open或create获取或者通过从父进程继承。后一种方法允许子进程同样能够访问由父进程使用的文件。文件描述符对于每个进程一般是特定的。当用fork子例程创建某个子进程时，该子进程会获得其父进程所有文件描述符的副本，这些文件描述符在执行fork时打开。在由fcntl、dup和dup2子例程复制或拷贝某个进程时，会发生同样的复制过程。

对于每个进程，操作系统内核在u_block结构中维护文件描述符表，所有的文件描述符都在该表中建立索引。到这里，我们不难看出「Linux 中一切皆文件」设计思路的高明了，不管是设备、另一个进程、socket 套接字还是真正的文件，全部都可以读写，统一装进一个简单的files数组，进程通过简单的文件描述符访问相应资源，具体细节交于操作系统，有效解耦，优美高效。

实际上，Linux文件描述符看成是一种系统资源，可以通过相应的命令来查看文件描述符的上限。每一个文件描述符会与一个打开文件相对应，同时，不同的文件描述符也会指向同一个文件。在本站的Linux教程中，对Linux文件描述符的使用有着详细的讲解，想要快速掌握Linux文件描述符的小伙伴可以前去观看学习。