前言
何為文件？
Linux 下，一切皆文件
在Linux操作系統(tǒng)中，可以將一切都看作是文件，包括普通文件，目錄文件，字符設(shè)備文件（如鍵盤(pán)，鼠標(biāo)...），塊設(shè)備文件（如硬盤(pán)，光驅(qū)...），套接字等等，所有一切均抽象成文件，提供了統(tǒng)一的接口，方便應(yīng)用程序調(diào)用
文件描述符
既然在Linux操作系統(tǒng)中，你將一切都抽象為了文件，那么對(duì)于一個(gè)打開(kāi)的文件，我應(yīng)用程序怎么對(duì)應(yīng)上呢？
文件描述符應(yīng)運(yùn)而生
文件描述符：簡(jiǎn)稱(chēng)fd，當(dāng)應(yīng)用程序請(qǐng)求內(nèi)核打開(kāi)/新建一個(gè)文件時(shí)，內(nèi)核會(huì)返回一個(gè)文件描述符用于對(duì)應(yīng)這個(gè)打開(kāi)/新建的文件，其fd本質(zhì)上就是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，讀寫(xiě)文件也是需要使用這個(gè)文件描述符來(lái)指定待讀寫(xiě)的文件的
內(nèi)核
操作系統(tǒng)的核心叫內(nèi)核，是一個(gè)獨(dú)立的軟件
操作系統(tǒng)為每一個(gè)進(jìn)程維護(hù)了一個(gè)文件描述符表，該表的索引值都從從0開(kāi)始的，所以在不同的進(jìn)程中可以看到相同的文件描述符，這種情況下相同的文件描述符可能指向同一個(gè)文件，也可能指向不同的文件，具體情況需要具體分析，下面用一張簡(jiǎn)圖就可以很容易的明白了
通過(guò)上圖可以看到，當(dāng)不同進(jìn)程中出現(xiàn)相同的文件描述符時(shí)，可能實(shí)際對(duì)應(yīng)的文件并不是同一個(gè)，相反不同進(jìn)程中不同的文件描述符也可可能對(duì)應(yīng)同一個(gè)文件
當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序剛剛啟動(dòng)的時(shí)候，0是標(biāo)準(zhǔn)輸入，1是標(biāo)準(zhǔn)輸出，2是標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤。如果此時(shí)去打開(kāi)一個(gè)新的文件，它的文件描述符會(huì)是3。POSIX標(biāo)準(zhǔn)要求每次打開(kāi)文件時(shí)（含socket）必須使用當(dāng)前進(jìn)程中最小可用的文件描述符號(hào)
文件描述符限制
文件描述符是一個(gè)重要的系統(tǒng)資源，理論上系統(tǒng)內(nèi)存多大就應(yīng)該可以打開(kāi)多少個(gè)文件描述符，但是實(shí)際情況是，內(nèi)核會(huì)有系統(tǒng)級(jí)限制，以及用戶級(jí)限制（不讓某一個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程消耗掉所有的文件資源，可以使用ulimit -n 查看）
文件描述符唯一性
進(jìn)程 + 文件描述符ID確認(rèn)，因?yàn)閮?nèi)核為每個(gè)進(jìn)程都有一份其所屬的文件描述符表
對(duì)應(yīng)關(guān)系
應(yīng)用程序進(jìn)程拿到的文件描述符ID == 進(jìn)程文件描述符表的索引，通過(guò)索引拿到文件指針，指向系統(tǒng)級(jí)文件描述符表的文件偏移量，再通過(guò)文件偏移量找到inode指針，最終對(duì)應(yīng)到真實(shí)的文件
Socket
最后說(shuō)下套接字，套接字也是文件，當(dāng)server端監(jiān)聽(tīng)到有連接時(shí)，應(yīng)用程序會(huì)請(qǐng)求內(nèi)核創(chuàng)建Socket，Socket創(chuàng)建好后會(huì)返回一個(gè)文件描述符給應(yīng)用程序，當(dāng)有數(shù)據(jù)包過(guò)來(lái)網(wǎng)卡時(shí)，內(nèi)核會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)包的源端口，源ip，目的端口等在內(nèi)核維護(hù)的一個(gè)ipcb雙向鏈表中找到對(duì)應(yīng)的Socket，并將數(shù)據(jù)包賦值到該Socket的緩沖區(qū)，應(yīng)用程序請(qǐng)求讀取Socket中的數(shù)據(jù)時(shí)，內(nèi)核就會(huì)將數(shù)據(jù)拷貝到應(yīng)用程序的內(nèi)存空間，從而完成讀取Socket數(shù)據(jù)
這里提一下，操作系統(tǒng)針對(duì)不同的傳輸方式（TCP，UDP）會(huì)在內(nèi)核中各自維護(hù)一個(gè)Socket雙向鏈表，當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)網(wǎng)卡時(shí)，會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包的源端口，源ip，目的端口從對(duì)應(yīng)的鏈表中找到其對(duì)應(yīng)的Socket，并會(huì)將數(shù)據(jù)拷貝到Socket的緩沖區(qū)，等待應(yīng)用程序讀取
最后附上Linux中進(jìn)程結(jié)構(gòu)圖
