Что такое файловые дескрипторы, объясняемые простыми словами?

1. Что может быть более упрощенным описанием файловых дескрипторов по сравнению с Википедией? Зачем они нужны? Скажем, возьмем процессы оболочки в качестве примера и как это применимо к нему?

2. Содержит ли таблица процессов более одного дескриптора файла. Если да, то почему?

Проще говоря, когда вы открываете файл, операционная система создает запись для представления этого файла и сохранения информации об этом открытом файле. Таким образом, если в вашей ОС открыто 100 файлов, то в ОС будет 100 записей (где-то в ядре). Эти записи представлены целыми числами, такими как (... 100, 101, 102 ....). Этот номер записи является дескриптором файла. Так что это просто целое число, которое уникально представляет открытый файл в операционной системе. Если ваш процесс открывает 10 файлов, то ваша таблица процессов будет иметь 10 записей для файловых дескрипторов.

Аналогично, когда вы открываете сетевой сокет, он также представляется целым числом и называется дескриптором сокета. Я надеюсь, вы понимаете.

Файловый дескриптор - это непрозрачный дескриптор, который используется в интерфейсе между пользователем и пространством ядра для идентификации файловых / сокетных ресурсов. Следовательно, когда вы используете open()или socket()(системные вызовы для взаимодействия с ядром), вы получаете файловый дескриптор, который является целым числом (на самом деле это индекс в структуре процессов, но это не важно). Поэтому, если вы хотите , чтобы непосредственно взаимодействовать с ядром, используя системные вызовы read(), write(), и close()т.д. ручка вы используете файловый дескриптор.

На системные вызовы накладывается слой абстракции, который является stdioинтерфейсом. Это обеспечивает больше функциональности / возможностей, чем базовые системные вызовы. Для этого интерфейса непрозрачный дескриптор, который вы получаете - это FILE*, который возвращается fopen()вызовом. Есть много много функций , которые используют stdioинтерфейс fprintf(), fscanf(), fclose(), которые находятся там , чтобы сделать вашу жизнь проще. В C stdin, stdoutи stderrесть FILE*, что в UNIX соответственно карту для дескрипторов файлов 0, 1и 2.

Услышь это изо рта лошади: APUE (Ричард Стивенс).
В ядре все открытые файлы называются дескрипторами файлов. Файловый дескриптор является неотрицательным числом.

Когда мы открываем существующий файл или создаем новый файл, ядро ​​возвращает файловый дескриптор процессу. Ядро поддерживает таблицу всех открытых дескрипторов файлов, которые используются. Распределение файловых дескрипторов, как правило, является последовательным, и они выделяются для файла в качестве следующего свободного файлового дескриптора из пула бесплатных файловых дескрипторов. Когда мы закрываем файл, дескриптор файла освобождается и доступен для дальнейшего выделения.
Смотрите это изображение для более подробной информации:

Когда мы хотим прочитать или записать файл, мы отождествляем файл с дескриптором файла, который был возвращен вызовом функции open () или create () , и используем его в качестве аргумента для read () или write () .
По соглашению системные оболочки UNIX связывают дескриптор файла 0 со стандартным вводом процесса, дескриптор файла 1 со стандартным выводом и дескриптор файла 2 со стандартной ошибкой .
Дескриптор файла варьируется от 0 до OPEN_MAX. Максимальное значение дескриптора файла можно получить с помощью ulimit -n. Для получения дополнительной информации просмотрите 3-ю главу книги APUE.

Другие ответы добавили отличные вещи. Я добавлю только мои 2 цента.

Согласно Википедии мы точно знаем: дескриптор файла является неотрицательным целым числом. Самая важная вещь, которую я считаю отсутствующей, это сказать:

Файловые дескрипторы привязаны к идентификатору процесса.

Мы знаем, что наиболее известные файловые дескрипторы - это 0, 1 и 2. 0 соответствует STDIN, 1 к STDOUTи 2 к STDERR.

Скажем, возьмем процессы оболочки в качестве примера и как это применимо к нему?

Проверьте этот код

#>sleep 1000 &
[12] 14726

Мы создали процесс с идентификатором 14726 (PID). Используя lsof -p 14726мы можем получить такие вещи:

COMMAND   PID USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF    NODE NAME
sleep   14726 root  cwd    DIR    8,1     4096 1201140 /home/x
sleep   14726 root  rtd    DIR    8,1     4096       2 /
sleep   14726 root  txt    REG    8,1    35000  786587 /bin/sleep
sleep   14726 root  mem    REG    8,1 11864720 1186503 /usr/lib/locale/locale-archive
sleep   14726 root  mem    REG    8,1  2030544  137184 /lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.27.so
sleep   14726 root  mem    REG    8,1   170960  137156 /lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.27.so
sleep   14726 root    0u   CHR  136,6      0t0       9 /dev/pts/6
sleep   14726 root    1u   CHR  136,6      0t0       9 /dev/pts/6
sleep   14726 root    2u   CHR  136,6      0t0       9 /dev/pts/6

Четвертый столбец FD и следующий столбец TYPE соответствуют дескриптору файла и типу дескриптора файла.

Некоторые значения для FD могут быть:

cwd – Current Working Directory
txt – Text file
mem – Memory mapped file
mmap – Memory mapped device

Но настоящий дескриптор файла находится под:

NUMBER – Represent the actual file descriptor. 

Символ после числа, т.е. «1u», представляет режим, в котором файл открывается. r для чтения, w для записи, u для чтения и записи.

TYPE указывает тип файла. Некоторые из значений типов:

REG – Regular File
DIR – Directory
FIFO – First In First Out

Но все файловые дескрипторы являются CHR - символьный специальный файл (или файл символьного устройства)

Теперь мы можем определить дескрипторы файлов для STDIN, STDOUTи STDERRлегко с lsof -p PID, или мы можем увидеть то же самое , если мы ls /proc/PID/fd.

Также обратите внимание, что таблица файловых дескрипторов, которую отслеживает ядро, отличается от таблицы файлов или таблицы inode. Это отдельные, как объяснили некоторые другие ответы.

Вы можете спросить себя, где эти файловые дескрипторы физически и что хранится, /dev/pts/6например, в

sleep   14726 root    0u   CHR  136,6      0t0       9 /dev/pts/6
sleep   14726 root    1u   CHR  136,6      0t0       9 /dev/pts/6
sleep   14726 root    2u   CHR  136,6      0t0       9 /dev/pts/6

Ну, /dev/pts/6живет чисто в памяти. Это не обычные файлы, а так называемые файлы символьных устройств . Вы можете проверить это с помощью: ls -l /dev/pts/6и они начнутся с c, в моем случае crw--w----.

Напомним, что большинство Linux-подобных ОС определяют семь типов файлов:

• Обычные файлы
• Справочники
• Файлы символьных устройств
• Блокировать файлы устройства
• Локальные доменные сокеты
• Именованные трубы (FIFO) и
• Символьные ссылки

Больше очков относительно File Descriptor:

1. File Descriptors(FD) - неотрицательные целые числа (0, 1, 2, ...), связанные с открытыми файлами.

2. 0, 1, 2стандартны FD «S , что соответствует STDIN_FILENO, STDOUT_FILENOи STDERR_FILENO(определены в unistd.h) открывается по умолчанию от имени оболочки при запуске программы.

3. FD распределяются в последовательном порядке, что означает наименьшее возможное нераспределенное целочисленное значение.

4. FD для конкретного процесса можно увидеть в /proc/$pid/fd(на системах на основе Unix).

В дополнение к другим ответам, Unix рассматривает все как файловую систему. Ваша клавиатура - это файл, который читается только с точки зрения ядра. Экран - это файл только для записи. Аналогично, папки, устройства ввода-вывода и т. Д. Также считаются файлами. Когда файл открывается, скажем, когда драйверы устройств [для файлов устройств] запрашивают open (), или процесс открывает пользовательский файл, ядро ​​выделяет дескриптор файла, целое число, которое определяет доступ к этому файлу, так что он доступен только для чтения. , пишите только и т. д. [для справки: https://en.wikipedia.org/wiki/Everything_is_a_file ]

Файловые дескрипторы (FD):

• В Linux / Unix все является файлом. Обычный файл, каталоги и даже устройства являются файлами. Каждый файл имеет связанный номер, называемый дескриптором файла (FD).
• Ваш экран также имеет дескриптор файла. Когда программа выполняется, вывод отправляется в дескриптор файла на экране, и вы видите вывод программы на вашем мониторе. Если выходные данные отправляются в дескриптор файла принтера, выходные данные программы будут напечатаны.
  
  Перенаправление ошибок:
  каждом запуске программы / команды в терминале всегда открыто 3 файла.
  1. стандартный ввод
  2. стандартный вывод
  3. стандартная ошибка.
  
  Эти файлы всегда присутствуют при запуске программы. Как объяснено ранее файловый дескриптор, связан с каждым из этих файлов.
  Файл                                        Дескриптор файла
  Стандартный вход STDIN 0
  Стандартный выход STDOUT 1
  Стандартная ошибка STDERR 2
  
  
• Например, при поиске файлов обычно получаются ошибки, в которых отказано в разрешении, или какие-либо другие ошибки. Эти ошибки могут быть сохранены в конкретном файле.
  Пример 1

$ ls mydir 2> errorsfile.txt

Дескриптор файла для стандартной ошибки: 2.
Если нет каталога с именем mydir, выходные данные команды будут сохранены в файл errorfile.txt.
Используя «2>», мы перенаправим вывод ошибок в файл с именем «errorfile». txt "
Таким образом, вывод программы не загроможден ошибками.

Я надеюсь, что вы получили свой ответ.

В любой операционной системе запущены процессы (p), скажем, p1, p2, p3 и так далее. Каждый процесс обычно постоянно использует файлы.

Каждый процесс состоит из дерева процессов (или таблицы процессов, в другом выражении).

Как правило, операционные системы представляют собой каждый файл в каждом процессе по к числу (то есть, в каждом процессе дерева / таблицы).

Первый файл, используемый в процессе, это файл0 , второй - файл1 , третий - файл2 и так далее.

Любое такое число является дескриптором файла.

Файловые дескрипторы обычно являются целыми числами (0, 1, 2, а не 0,5, 1,5, 2,5).

Поскольку мы часто описываем процессы как «таблицы процессов», и учитывая, что в таблицах есть строки (записи), мы можем сказать, что ячейка дескриптора файла в каждой записи использует для представления всей записи.

Аналогичным образом, когда вы открываете сетевой сокет, он имеет дескриптор сокета.

В некоторых операционных системах вы можете исчерпать файловые дескрипторы, но такой случай крайне редок, и обычному пользователю компьютера не стоит беспокоиться об этом.

Файловые дескрипторы могут быть глобальными (процесс A начинается, скажем, с 0, а заканчивается, скажем, с 1; процесс B начинается с, скажем, 2, а заканчивается, скажем, с 3) и т. Д., Но, насколько я знаю, обычно в современных операционных системах файл дескрипторы не являются глобальными и фактически зависят от процесса (процесс A начинается, скажем, с 0 и заканчивается, скажем, с 5, а процесс B начинается с 0 и заканчивается, например, с 10).

Файловые дескрипторы

• В ядре все открытые файлы называются файловыми дескрипторами.
• Файловый дескриптор является неотрицательным целым числом.
• Когда мы открываем существующий или создаем новый файл, ядро ​​возвращает файловый дескриптор процессу.
• Когда мы хотим прочитать или записать файл, мы идентифицируем файл с дескриптором файла, который был перенастроен open или create, в качестве аргумента для чтения или записи.
• Каждый процесс UNIX имеет 20 файловых дескрипторов и может быть удален от 0 до 19, но во многих системах он был расширен до 63.
• Первые три уже открыты, когда начинается процесс 0: Стандартный ввод 1: Стандартный вывод 2: Стандартный вывод ошибок
• Когда родительский процесс разветвляется, дочерний процесс наследует файловые дескрипторы родительского процесса.

Помимо всего прочего упрощенные ответы.
Если вы работаете с файлами в bash-скрипте, лучше использовать файловый дескриптор.
Например: -
Вы хотите читать и писать из / в файл «test.txt».
Используйте дескриптор файла, как показано ниже

FILE=$1 # give the name of file in the command line
exec 5<>$FILE # '5' here act as the file descriptor
# Reading from the file line by line using file descriptor
while read LINE; do
    echo "$LINE"
done <&5

# Writing to the file using descriptor
echo "Adding the date: `date`" >&5 
exec 5<&- # Closing a file descriptor

Файловые дескрипторы являются дескрипторами файла. Они дают ссылки на файл. С их помощью мы можем читать, писать и открывать файл.