open表和closed表_描述符表、文件表与 v-node 表

描述符表（descriptor table）

描述符 (file descriptor) 代表进程中打开的文件， 通常由 open() 函数返回。 另外 shell 中启动的进程默认会打开 3 个描述符， 分别是：

• 标准输入， 对应 STDIN_FILENO (值为 0)
• 标准输出， 对应 STDOUT_FILENO (值为 1)
• 标准错误， 对应 STDERR_FILENO (值为 2)

每个进程都有自己的描述符表，用以记录进程中所有打开的文件。一个描述符对应于一个打开的文件。

当调用 close() 函数时，系统会回收对应的描述符。

文件表(file table)

所有进程共享一个文件表。

文件表记录了被打开文件的一些状态信息， 包括 文件位置、引用计数以及指向v-node表的指针等

• 所有打开的文件都有一个文件位置，表示下一次读或写的起始位置。 seek, read, write 函数都可以修改该文件位置。
• 所有进程共享同一个文件表。文件表中的一个表项可能会被多个描述符指向，引用计数用来表示当前有多少个描述符指向该文件表表项。当调用 close() 函数时，系统会将描述符对应的文件表表项的引用计数减1，然后如果引用计数已经为0，则系统会删除此文件表表项。

当 shell 启动一个进程时，打开了 3 个描述符，每个描述符都指向了一个文件表表项。如下图：

当程序调用 fork() 函数时， 则会出现（不同进程的）多个描述符对应于同一个文件表表项的情况：

void main() {
    int fd = open(name, O_RDONLY, 0);
    fork();
    // ...
}

在 fork() 调用返回之后， 文件表和描述符表的关系如下：

这里再介绍一个 dup2() 函数：

int dup2(int oldfd, int newfd);

dup2 函数用 oldfd 的内容替换掉 newfd 的内容。如果 newfd 是打开的，则会再替换之前先关闭 newfd。（思考一下，系统的重定向可能就是用这个函数实现的呢）

当程序调用 dup2 时，也会出现（同一个进程中的）多个描述符指向同一个文件表表项的情况：

void main() {
    int fd = open(name, O_RDONLY, 0);
    dup2(fd, STDOUT_FILENO);
}
// ...

在 dup2() 调用返回之后， 文件表和描述符表的关系如下：

v-node 表(v-node table)

所有进程共享同一个 v-node 表。

一个 v-node 表的表项对应于一个文件。它记录了文件的元数据信息。包括文件权限，文件大小， 文件类型等信息。

v-node 中的一个表项可能被多个文件表表项指向。

当对同一个文件调用多次 open() 函数，那么会产生多个文件表表项，但是只有一个 v-node 表表项。 如下面的程序：

int fd1 = open("hello.txt", O_RDONLY, 0);
int fd2 = open("hello.txt", O_RDONLY, 0);

它只有一个 v-node 表项，但却有两个描述符表表项和两个文件表表项：

参考书籍： 《深入理解计算机系统》