File Descriptor -> Open File Description -> Inode -> Block

Inode和Block

在Linux系统里“一切皆文件”，文件存储于文件系统。Linux文件系统里包含了两个基本的区块inode和block。这儿搬运一下《鸟哥Linux私房菜》里的图：

简而言之：

文件的内容由若干块block组成，每块block的大小可以是1K、2K和4K等；

inode就是用来索引文件block的区块，此外还记录了文件的一些信息，用stat系统调用函数可以查看这些信息。

对于大文件，则是用block块替代inode作索引，甚至作多级索引。

值得一提的还有，多个不同文件可以指向同一个inode，表面上这些文件的绝对路径是不同，但其本质是一体的，这就是硬链接。不过目录不能做硬链接，我的理解是如果目录可以做硬链接，这样就能构造出一个循环的目录路径，系统在挂载文件系统的时候不能很好的处理，所以就禁止目录做硬链接。

不妨就把inode当作文件的本身，而inode指向的block存放文件的内容。

File Descriptor 和 Open File Description

对文件的基本操作有open(2)和close(2)这两个系统调用函数。

1	int open(const char *pathname, int flags);

1	int close(int fd);

open()函数打开一个文件并返回一个文件描述符（file descriptor），而close()函数则用来关闭指定的文件描述符。从一个整体的角度去看，文件描述符就表示了被打开的那个文件，指向了文件的inode。

事实上，在man page里对于open()和close()函数的描述里除了提到了file descriptor，还提到了一个叫open file description的名词。为了方便观看，下面的描述中将file descriptor简称为FD，而open file description简称为OFD。

open()调用成功后，会在一个系统全局的表中创建一个OFD的项，这个数据结构除了有指向打开文件的inode信息，还有文件打开的状态标识和文件当前偏移量等信息。同时在进程表中会创建一个FD项，其值取为当前进程还未用到的最小非负整数，并指向那个OFD项。

FD项与OFD项是多对一的关系。利用dup、dup2函数以及fork出来的子进程可以复制FD，这些复制的文件描述符FD所指的OFD项不变。

close()调用成功后，会移除进程内维护的指定的FD项，并且如果其指向的OFD项只剩该FD这最后一个指向，那么这个孤立的OFD项也会被移除。

于是乎，进程调用open()打开一个文件，在进程内维护的是file descriptor这一项，其指向系统内核维护的open file description项，而该项又指向文件系统的inode。

另外呢，观察进程打开的文件描述符可以用如下命令；

1
2
3

ls -l /proc/PID/fd/    # 列出进程号为PID的进程打开的文件描述符
ls -l /proc/self/fd/   # 列出当前进程打开的文件描述符
ls -l /dev/fd/         # 同上，这是一个指向上面那个目录的符号链接

最后

这四者的关系从整体上可以用这张图来表示（参考自APUE）：