file descriptor(以下简称fd)又叫文件描述符，他是一个抽象的指示符，用一个整数表示(非负整数)。它指向了由系统内核维护的一个file table中的某个条目(entry)。这个解释可能过于抽象，不过在正式详细介绍fd之前，有必要先了解用户程序和系统内核之间的工作过程。

注: 本文描述的所有场景仅限于类unix系统环境，在windows中这玩意叫file handle(臭名昭著的翻译: 句柄)。

User space & Kernel space

现代操作系统会把内存划分为2个区域，分别为Use space(用户空间) 和 Kernel space(内核空间)。用户的程序在User space执行，系统内核在Kernel space中执行。

用户的程序没有权限直接访问硬件资源，但系统内核可以。比如读写本地文件需要访问磁盘，创建socket需要网卡等。因此用户程序想要读写文件，必须要向内核发起读写请求，这个过程叫system call。

内核收到用户程序system call时，负责访问硬件，并把结果返回给程序。

File Descriptor

上面简单介绍了User space和Kernel space，这对于理解fd有很大的帮助。fd会存在，就是因为用户程序无法直接访问硬件，因此当程序向内核发起system call打开一个文件时，在用户进程中必须有一个东西标识着打开的文件，这个东西就是fd。

file tables

和fd相关的一共有3张表，分别是file descriptor、file table、inode table，如下图所示。

• file descriptors
  file descriptors table由用户进程所有，每个进程都有一个这样的表，这里记录了进程打开的文件所代表的fd，fd的值映射到file table中的条目(entry)。

另外，每个进程都会预留3个默认的fd: stdin、stdout、stderr;它们的值分别是0、1，2。

• file table
  file table是全局唯一的表，由系统内核维护。这个表记录了所有进程打开的文件的状态(是否可读、可写等状态)，同时它也映射到inode table中的entry。
• inode table
  inode table同样是全局唯一的，它指向了真正的文件地址(磁盘中的位置)，每个entry全局唯一。

流程

当程序向内核发起system call open()，内核将会

1. 允许程序请求
2. 创建一个entry插入到file table，并返回file descriptor
3. 程序把fd插入到fds中。
   当程序再次发起read()system call时，需要把相关的fd传给内核，内核定位到具体的文件(fd –> file table –> inode table)向磁盘发起读取请求，再把读取到的数据返回给程序处理

参考链接

• https://wiyi.org/linux-file-descriptor.html