rlimit: fd - 简明介绍
11 Apr 2022
0. 什么是fd？
FD的全称是 file descriptor 文件描述符。在介绍FD之前，我们先来了解几个问题。
1. 关于fd的几个常见问题
在文件系统中，如果我和你都被允许访问一个文件，我们可以共享文件的数据吗？
答案是：yes。
如果两个进程在同一个文件上读取和写入，它们使用的是同样的文件偏移量吗？
答案是：no。
如果一个进程把同一个文件打开两次，它应该有一个fd还是有两个？在这种情况下，这两个打开共享同一个文件偏移量吗？
答案是：two，no，它们各自拥有自己的文件偏移量。
如果两个线程使用了同一个fd，它们用的是同一个文件偏移量吗？
答案是：yes。
如果一个父进程创造了一个子进程，子进程会继承父进程的fd吗？它们会不会使用同样的文件偏移量？
答案是：yes，yes
2. linux系管理fd时使用的数据结构
先来说明几个事实：
- 当一个进程使用open这个系统调用时，open的返回值是一个小的整数，这个整数被我们称之为fd。
- 每一个进程的fd都是以以下三个fd开始的：
- 标准输入：fd=0
- 标准输出：fd=1
- 标准错误：fd=2
在明确了以上事实后，问题是，我们需要什么样的数据结构（任何人都不会天真的认为仅靠一个小小的整数就可以代表一个fd，它背后肯定是链接着一个文件打开的详细信息）来管理fd？
2.1 进程的fd表（进程独享）
每一个进程，拥有一个单独的fd表。举个例子，当一个进程调用open系统调用打开一个文件时，open返回了3这个数字，代表了fd表中的第4个位置（0,1,2,3）。这个fd表同时包含了指向其他数据结构的指针。
问题：我们可以在这个fd表中储存文件偏移量吗？
答案：不可以，因为在*nix系统中，创建进程的方式，是完整的拷贝一个进程的信息成为一个新的进程。如果文件偏移量存在进程的fd表里面，那么意味着新的进程会拥有一个单独的文件偏移量信息，当父进程的文件偏移量变动时，子进程感知不到，因为父子进程是各自独立的fd表。此时，如果我们希望在父子进程中共享文件打开信息时，由于父子进程各自独立的fd表，则无法实现这个目的。所以，更明智的做法是，将文件偏移量储存在另外一个地方，而父子进程的fd表同时来引用同一个文件偏移量，来达到文件信息共享的目的。
2.2 所以，要如何储存文件偏移量呢？
首先，每一个文件偏移量对应着一个open系统调用。所以，我们需要一个数据结构来储存每次open系统调用的结果。它就是文件打开表（file table OR open file table）（所有进程共享）。
文件打开表中储存了如下信息：
- 文件位置（文件偏移量）
- 引用数，当我们有两个或者多个fd引用同一个文件打开对象，需要记录这个数字
- 实际文件对象的引用，实际文件对象储存在内存中的一个数据结构中
2.3 最终，表示实际文件的储存在内存中的数据结构
实际文件对象，我们称之为Vnode（virtual node），是文件在内存中的展现形式。而许许多多的实际文件对象，储存在一个Vnode table（所有进程共享）中。
Vnode table中储存了如下信息：
- 文件元数据的拷贝
- 在磁盘上定位到这个文件的储存块的方式（例如：inode）
3. 总结
