File Descripter

每个进程启动时，都会默认打开三个文件描述符（File Descripter, FD）
文件描述符是一个非负整数，它是一个索引，进程通过这个索引在内核维护的“打开文件表”中查找对应的文件信息
简单来说：文件描述符是进程和内核之间交互文件的“句柄”或“令牌”

FD的本质与内核数据结构

内核管理打开文件涉及到三个关键的数据结构

1. 进程级的文件描述符表
   • 每个进程都有一个私有的表
   • 表的索引就是文件描述符（FD）
   • 表中的每一项包含一个指向内核打开文件表中的某个条目的指针
   • 此外，它还包含一些进程级的标志，比如FD_CLOEXEC
2. 系统级的打开文件表
   • 这是一个全局的表，被所有进程共享
   • 表中的每一项（称为一个file结构体）代表一个被打开的文件，它包含了
     • 文件状态标志：如O_RDONLY（只读）、O_WRONLY（只写）、O_APPEND（追加）等
     • 当前文件偏移量：这是文件读/写操作开始的位置。当使用read()或write()时，这个偏移量会自动更新
     • 指向该文件的v-node表的指针
3. v-node表
   • 这也是一个全局的表
   • v-node（虚拟节点）包含了文件的静态信息，例如
     • 文件类型（普通文件、目录、套接字等）
     • 文件的inode
     • 文件的大小
     • 文件的所有者和权限
     • 指向文件操作函数的指针（如read, write）

多个文件描述符（甚至来自不同进程）可以指向同一个“打开文件表”条目。这意味着它们共享文件状态和文件偏移量。这通常是通过fork()（子进程继承父进程的FD）或dup()系列函数实现的 多个“打开文件表”条目可以指向同一个v-node。这意味着同一个文件被独立打开了多次。每个打开都有自己的文件状态和偏移量，互不干扰

标准文件描述符

这就是为什么在终端运行命令时，输入来自键盘，结果和错误都显示在屏幕上
内核通过文件描述符表来管理进程打开的文件，0、1、2是固定的下标索引
这就是为什么可以在C语言中用read(0, ...)从标准输入读取，用write(1, ...)向标准输出写入