Linux讲解 基础IO 文件描述符

   上次我们介绍了Linux中基础IO的系统调用，这次我们介绍的是文件描述符。

   文件描述符是我们之前所没有接触到的一个名词。内核是利用文件描述符来访问文件。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。读写文件也需要使用文件描述符来指定待读写的文件。但是文件描述符这个概念是只有在Linux和unix才有。

   在Linux下有一句话是一切皆文件，文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，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。

   习惯上，标准输入（standard input）的文件描述符是 0，标准输出（standard output）是 1，标准错误（standard error）是 2。POSIX 定义了 STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO 和 STDERR_FILENO 来代替 0、1、2。这三个符号常量的定义位于头文件 unistd.h。文件描述符的有效范围是 0 到 OPEN_MAX。一般来说，每个进程最多可以打开 64 个文件（0 — 63）。这里还想说一个东西就是，为什么要弄一个错误输出，为什么会有一个专门针对错误的特殊文件？这是由于很多人喜欢把错误单独保存到一个文件中，特别是在处理大的数据文件时，可能会产生很多错误。
如果没有特别指定文件说明符，命令将使用缺省的文件说明符（你的屏幕，更确切地说是你的终端）

  这里我们通过一个程序来查看文件描述符

 

  可以看这里输出的是3.也就是证明了0.1.2已经是被我们的系统占了。我们可以修改一下我们的程序

  我们去吧文件描述符0给关了。这时候再去输出我们自己创建的文件描述符。这里我们也可以关闭2，但是不要关闭1，之后我们会介绍一下为什么不能关闭1.

  这时候就能发现我们这次创建的文件描述符变成了0.

  所以文件描述符创建是有一定的规则。在创建文件描述符的时候系统会在files_struct数组中，去找到一个当前没有被使用的一个最小下标，作为一个新的文件描述符。

  上边我们说了不要关闭1，这里我们尝试一下关闭1会有什么后果。不过这里不能是特别单纯的去修改1，我们还需要修改一下打开文件的类型

  关闭1之后我们再次运行程序发现，和之前不一样没有任何输出，但是我们这时候打开myfile文件就能发现

  我们刚刚想要输出的内容输出到了文件里边。输出的fd就是我们预想到的1.这种现象就是我们常说的输出重定向。

  首先这是我们最初的文件描述符的情况，前三个位置都已经指向了提前设定好的方式。但是我们是可以修改的，我们这里把close给关掉了。

  1从标准输出变成了我们的文件myfile。上边也说了我们是不能单纯的关掉1，我们还需要修改打开的文件打开方式，还有我们需要刷新缓冲区。因为我们的printf函数是c库里边的函数，他会往stdout里边输出，所以我们这里上边来去找stdout这个文件描述符的找的还是fd=1的那个位置，但是这时候的fd已经指向了我们的myfile文件，里边的地址已经不再是指向我们的显示器了，这时候我们运行printf输出，并且刷新完缓冲区之后，我们想要输出的文件就输出到了我们的myfile文件里边。

  当我们程序执行的时候就已经有三个文件描述符打开了。我们之前在编写c语言的时候经常提到的是我们的文件指针，那文件指针和我们的文件描述符有什么关系呢？文件指针是指向一个FILE的结构体，这个结构体里包括一个文件描述符（在Windows下也被称为文件句柄）和一个I/O缓冲区。文件描述符用于C标准的IO库调用中，用于标识文件。FILE中包含文件描述符元素，可以用fopen()直接获取指针fp，然后使用fp获得fp中所包含文件描述符fd的信息。文件描述符应该是唯一的，而文件指针却不是唯一的，但指向的对象是唯一的。文件指针比fd更适合跨平台。文件描述符就是open文件时产生的一个很小的正整数,，是一个索引值。文件描述符：在linux系统中打开文件就会获得文件描述符，它是个很小的正整数。每个进程在PCB（Process Control Block）中保存着一份文件描述符表，文件描述符就是这个表的索引，每个表项都有一个指向已打开文件的指针。

  简单归纳：fd只是一个整数，在open时产生，起到一个索引的作用，进程通过PCB中的文件描述符表找到该fd所指向的文件指针file。 
open：文件描述符的操作（如：open）返回的是一个文件描述符（int fd），内核会在每个进程空间中维护一个文件描述符表，所有打开的文件都将通过，此表中的文件描述符来引用。 fopen：流（如：fopen）返回的是一个文件指针（即指向FILE结构体的指针），FILE结构是包含有文件描述符的，fopen可以看做是open（fd直接操作的系统调用）的封装，它的优点是带有I/O缓存。