本文重點(diǎn)介紹一下Linux操作系統(tǒng)進(jìn)程（線程）與文件描述符、文件的關(guān)系，具體到內(nèi)核部分就是task_struct、files_struct、file和inode的關(guān)系。
我們?cè)贚inux用戶態(tài)開發(fā)都清楚，打開一個(gè)文件之后會(huì)返回一個(gè)文件描述符，而且每個(gè)進(jìn)程打開文件的數(shù)量是有限的。這個(gè)具體是什么什么原因？
如果我們深入到Linux操作系統(tǒng)的內(nèi)核，就會(huì)知道其中的奧秘。在Linux操作系統(tǒng)，每個(gè)用戶態(tài)的進(jìn)程在內(nèi)核態(tài)都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的內(nèi)核進(jìn)程（線程），這個(gè)在內(nèi)核中通過task_struct結(jié)構(gòu)體標(biāo)識(shí)，內(nèi)核通過其實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)程的調(diào)度。而在內(nèi)核中對(duì)于文件的訪問則是通過file和inode結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)的，其中包含這訪問文件的關(guān)鍵信息（例如訪問偏移）和方法（例如讀寫文件操作）。
fd=open(“/home/zhf/zhf/c_prj/itworld123.com”,O_RDWR);
進(jìn)程與文件的關(guān)系
如下圖是典型的進(jìn)程與文件的關(guān)系圖，圖中進(jìn)程打開了兩個(gè)不同的文件。在進(jìn)程結(jié)構(gòu)體（task_struct）中有一個(gè)files_struct成員，其中保存這一個(gè)數(shù)組，這個(gè)數(shù)組的偏移量就是文件描述符，而其中的成員則是file結(jié)構(gòu)體的指針。這樣，通過用戶態(tài)的整型的文件描述符可以很方便的找到管理文件的結(jié)構(gòu)體（file）進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的操作。本文為了方便說明，對(duì)files_struct結(jié)構(gòu)體進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，實(shí)際上該結(jié)構(gòu)提要復(fù)雜很多。
進(jìn)程（task_struct）與文件結(jié)構(gòu)體（file）的關(guān)系清楚了，那么文件結(jié)構(gòu)體又是怎么來的，它跟inode的關(guān)系是什么樣的呢？如上圖所示，每一個(gè)file都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的inode的結(jié)構(gòu)體。兩種其實(shí)都對(duì)應(yīng)著一個(gè)磁盤上的具體文件，但又有差異。file其實(shí)對(duì)應(yīng)這一個(gè)打開文件的實(shí)例，而inode一一對(duì)應(yīng)一個(gè)磁盤文件。也就是說一個(gè)磁盤文件對(duì)應(yīng)的file在內(nèi)存中可能有多份，而inode則只會(huì)有一份。后續(xù)我們會(huì)詳細(xì)解釋具體實(shí)現(xiàn)。
父子進(jìn)程與文件的關(guān)系
我們知道在Linux中進(jìn)程都存在一些父子關(guān)系，而且子進(jìn)程會(huì)繼承父進(jìn)程的很多內(nèi)容。那么如果我們fork出一個(gè)子進(jìn)程，此時(shí)子進(jìn)程會(huì)繼承父進(jìn)程文件相關(guān)的內(nèi)容。如果我們使用的是fork系統(tǒng)調(diào)用，此時(shí)子進(jìn)程會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的files_struct實(shí)例，并將父進(jìn)程的內(nèi)容遷移過來，這里說遷移，而不是拷貝，其原因是并不是原封不懂的內(nèi)存拷貝，而是會(huì)做一些處理。比如父進(jìn)程中對(duì)file結(jié)構(gòu)體的指向，在子進(jìn)程中也會(huì)指向，且文件描述符一致，同時(shí)會(huì)增加file結(jié)構(gòu)體實(shí)例的引用計(jì)數(shù)，確保使用關(guān)系的正確性。
還有一種情況，Linux操作系統(tǒng)提供了另外一種創(chuàng)建子進(jìn)程的方法，也就是clone方法。通過該方法創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)可以指定子進(jìn)程可以不繼承父進(jìn)程的那些內(nèi)容。如果此時(shí)傳入了CLONE_FILES參數(shù)，則不會(huì)進(jìn)行files_struct結(jié)構(gòu)體的遷移，而只是增加一個(gè)該結(jié)構(gòu)體的引用計(jì)數(shù)。也就是父進(jìn)程和子進(jìn)程中的files指針指向相同的內(nèi)存區(qū)域，此時(shí)整個(gè)關(guān)系如下圖所示。
先到這里，后續(xù)本文會(huì)繼續(xù)討論file結(jié)構(gòu)體與inode及磁盤數(shù)據(jù)的關(guān)系。
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