文件描述符
背景补充
- 文件=内容+属性，属性又被称为元数据
- 访问一个文件，必须把对应的文件打开，需要将其加载到内存中
- 如果一个文件没有被打开，那就说明其在磁盘上
- 是谁打开文件呢？用户通过bash启动进程来打开文件，在C语言中有着
fopen函数进行打开文件，然而操作系统是软硬件资源的管理者，所以fopen必然会通过操作系统来打开文件 - 所以操作系统内一定存在大量被打开的文件，如此多的文件必定需要被管理，管理的方式就如同前文所说的一样：先描述再组织 ，那么一定存在一种数据结构来描述文件，就如同
PCB一样 - 进程有
task_struct，进程也会打开文件，所以研究文件就是研究进程与文件的关系
C语言库中的文件操作
打开文件必须要知道文件的路径+文件名，这就是为什么进程有cwd的原因之一，cwd意味当前工作目录，当只添加了文件名时，会在默认路径寻找该文件，默认路径就是cwd，如果用chdir将当前路径更改了，那么默认路径也会跟着改变
默认打开的文件
进程启动时默认打开三个输入输出流，分别是stdin,stdout,stderr，分别对应标准输入，标准输出，标准错误，其实就是打开三个文件，分别是键盘文件，显示器文件，显示器文件。
本质上向显示器打印就是向stdout文件写入，因为stdout也是FILE*类型。
文件的系统调用
open函数在man手册的第二页，说明其是系统调用，pathname就是要打开的文件路径+文件名，flags表示打开文件的方式，mode表示新建一个文件时所设置的权限。
打开文件的方式是通过位图标记的形式，以下的宏是一个数字，只有一个比特位是1。
系统调用与C语音库函数的最大区别就是返回值，open返回值是文件描述符 ，
当我们使用C语言以'w''打开文件时，代码为fopen("log.txt",'w');用系统调用的函数代码为int fd = open("log.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);如果是'a'那只用将O_TRUNC换为O_APPEND
为什么需要进行封装系统调用呢？不同系统的系统调用肯定是不一样的，通过语言将所有系统的系统调用进行封装后，就具有可移植性与跨平台性了，一旦有了这些性质，语言的使用者与竞争力就会大大增强了。如何做到跨平台性呢？对于C/C++这种编译性语言，采用条件编译的方式封装多种操作系统的系统调用。
文件描述符
文件描述符就是字面意思，是描述一个文件的，不论上层语言封装后是FILE*还是其他的，操作系统只认文件描述符fd，进行打印打开文件的fd，发现是从3开始的。
如同背景所说的一样，操作系统内部存在着多个被打开的文件，自然也需要管理，会通过双链表形式去管理struct file，其中直接或间接包含文件的属性与内容，在task_struct内一定会有一个文件描述符表的指针来指向文件描述符表，在文件描述符表的内部也一定会有一个指针数组，这些指针数组存储的是指向struct file的指针，数组的下标就是文件描述符
那么既然fd是数组下标，那么为什么是从3开始的呢？数组的0、1、2又是什么呢？
如前面所说，进程会默认打开标准输入、标准输出、标准错误，分别对应的就是0、1、2。
文件描述符的分配规则
众所周知，文件=内容+属性，磁盘里的文本当需要被读取时，操作系统会将属性与内容加载到内存中，内容在文件内核缓冲区里，struct_file中会存着指向属性与内容的指针，所以write函数根本就不是写入到文件中，本质是拷贝函数，把数据从用户空间拷贝到对应的文件内核缓冲区中，至于什么时候写入到磁盘文件，有OS自行决定。
文件描述符的分配规则为：给新打开的文件分配fd，从文件描述符表数组中寻找最小的没有被使用的下标。
如果将0关闭，那么再次打开一个文件，该文件的fd就是0，而由于上层是将0作为标准输入，那么输入时该文件的内容就会被输入，而不是通过终端，输出也一样。这就和重定向的作用类似。
dup2
在man手册的2中有一个函数为dup2，作用是改变文件的fd。
dup2(fd,1)即为将1号指定的文件改变为fd，就可以用来进行重定向。比如dup(fd,0)就是输入重定向，改为1就是输出重定向，但不会改变fd。所以重定向的本质就是通过dup2函数进行更改文件描述符指向。
父子进程与文件的关系
当父进程进行fork创建子进程时，子进程会拷贝父进程的文件描述符表，就是指针的浅拷贝，不需要在拷贝文件，比如输入输出文件，此时父子进程均指向相同的文件。所以父子printf时会同时向显示器打印。虽然子进程并没有显式的打开0，1，2，但是子进程已经默认打开了，是通过继承父进程方式来的，如果子进程进行关闭0号文件，是不会影响父子进程的输入的！因为在file是有一个引用计数的，只有该引用计数为0，才会进行关闭，所以父子使用共同的文件是通过引用计数的方式使用的。
所以创建子进程时，子进程是如何看待父进程打开的文件？子进程会拷贝父进程的PCB，文件描述符表，对于共同的文件，通过引用计数，所以当子进程进行关闭共同文件时，是不会影响该文件的，只有当引用计数为0时才会影响。
然而当子进程进行关闭该文件时，子进程确实无法使用该文件了，但是父进程仍然可以使用。比如进程进行关闭输入文件，但是bash仍然可以正常的输入，只是该进程无法输入了，核心原因是，文件描述符表是进程私有的，每个进程都有自己独立的文件描述符表，当进程进行close时，第一步会将该表中的这一项删掉，并将该文件的引用计数--，但是其他进程并没有close并且该文件的引用计数不为0，所以可以正常使用。
所以父进程如果进行重定向了，之后进行fork创建子进程，该子进程也是被重定向了。