c - 文件描述符的目的是什么？

Question

<分区>

Answer 1

fopen 返回一个 FILE * ，它是文件描述符的包装器(我将在这里忽略“这不是规范所要求的”方面，就像我一样不知道不执行此操作的实现)。在高层次上，它看起来像这样:

application --FILE *--> libc --file descriptor--> kernel

Shell 直接对文件描述符进行操作，主要是因为它们正在执行其他程序，而您不能修改其他程序的FILE * 对象。但是，您可以在启动时使用 dup 系统调用(即在 fork 和 exec 之间)修改其他程序的文件描述符。例如:

/bin/cat > foo.txt

这告诉 shell 执行 /bin/cat 程序，但首先将 stdout(文件描述符 #1)重定向到它打开的文件。这是实现为(伪代码):

if (fork() == 0) {
    int fd = open("foo.txt");
    dup2(fd, 1);
    exec("/bin/cat");
}

您可以使用 FILE * 做的最接近的事情是调用 freopen，但与文件描述符不同，当使用 exec 时，这不会持久化。

但是，如果它只是一个文件描述符的包装器，那我们为什么还需要 FILE * 呢？一个主要的好处是有一个预读缓冲区。例如，考虑 fgets。这最终将在与您传入的 FILE * 关联的文件描述符上调用 read 系统调用。但是它如何知道要读取多少？内核没有选择说“给我一行”(除了行缓冲的 ttys)。如果您在第一次read 中读取了多行，那么下次您调用fgets 时，您可能只会得到下一行的一部分，因为内核已经给了您前面的 read 系统调用的第一部分。另一种选择是一次调用 read 一个字符，这对性能来说很糟糕。

那么 libc 是做什么的呢？它一次读取一堆字符，然后将多余的字符存储在 FILE * 对象的内部缓冲区中。下次您调用 fgets 时，它就可以使用内部缓冲区。此缓冲区还与 fread 等函数共享，因此您可以交替调用 fgets 和 fread 而不会丢失数据。