Question

理解文件描述符

Answer 1

在Linux操作系统中，可以将一切都看作是文件，包括普通文件，目录文件，字符设备文件（如键盘，鼠标...），块设备文件（如硬盘，光驱...），套接字等等，所有一切均抽象成文件，提供了统一的接口，方便应用程序调用

既然在Linux操作系统中，你将一切都抽象为了文件，那么对于一个打开的文件，我应用程序怎么对应上呢？

文件描述符应运而生

文件描述符：简称fd，当应用程序请求内核打开/新建一个文件时，内核会返回一个文件描述符用于对应这个打开/新建的文件，其fd本质上就是一个非负整数，读写文件也是需要使用这个文件描述符来指定待读写的文件的

操作系统的核心叫内核，是一个独立的软件

操作系统为每一个进程维护了一个文件描述符表，该表的索引值都从从0开始的，所以在不同的进程中可以看到相同的文件描述符，这种情况下相同的文件描述符可能指向同一个文件，也可能指向不同的文件，具体情况需要具体分析，下面用一张简图就可以很容易的明白了

通过上图可以看到，当不同进程中出现相同的文件描述符时，可能实际对应的文件并不是同一个，相反不同进程中不同的文件描述符也可可能对应同一个文件

文件描述符是一个重要的系统资源，理论上系统内存多大就应该可以打开多少个文件描述符，但是实际情况是，内核会有系统级限制，以及用户级限制（不让某一个应用程序进程消耗掉所有的文件资源，可以使用ulimit -n 查看）

进程 + 文件描述符ID确认，因为内核为每个进程都有一份其所属的文件描述符表

应用程序进程拿到的文件描述符ID == 进程文件描述符表的索引，通过索引拿到文件指针，指向系统级文件描述符表的文件偏移量，再通过文件偏移量找到inode指针，最终对应到真实的文件

最后说下套接字，套接字也是文件，当server端监听到有连接时，应用程序会请求内核创建Socket，Socket创建好后会返回一个文件描述符给应用程序，当有数据包过来网卡时，内核会通过数据包的源端口，源ip，目的端口等在内核维护的一个ipcb双向链表中找到对应的Socket，并将数据包赋值到该Socket的缓冲区，应用程序请求读取Socket中的数据时，内核就会将数据拷贝到应用程序的内存空间，从而完成读取Socket数据

这里提一下，操作系统针对不同的传输方式（TCP，UDP）会在内核中各自维护一个Socket双向链表，当数据包到达网卡时，会根据数据包的源端口，源ip，目的端口从对应的链表中找到其对应的Socket，并会将数据拷贝到Socket的缓冲区，等待应用程序读取

最后附上Linux中进程结构图