1. 背景

之前一直对文件描述符，重定向符号的含义不是很清楚。今天整理了下文件描述符的背景知识，并实际操作了文件描述符，对其理解有了更深入的认识。

2. 文件元数据Inode

Inode保存文件的元数据。分别是：Inode编号、文件权限、文件的拥有者的UID、文件所属组的GID、硬链接数、文件的大小、文件的间戳、指向磁盘文件的数据块指针等。其信息如下图所示：

通过linux的stat命令可以查看文件的inode信息：

参数解释如下：

• File：显示文件名
• Size：显示文件大小
• Blocks：文件使用的数据块总数
• IO Block：IO块大小
• regular file：文件类型（常规文件）
• Device：设备编号
• Inode：Inode号
• Links：链接数
• Access：文件的权限
• Gid、Uid：文件所有权的Gid和Uid
• access time：表示我们最后一次访问（仅仅是访问，没有改动）文件的时间
• modify time：表示我们最后一次修改文件的时间
• change time：表示我们最后一次对文件属性改变的时间，包括权限，大小，属性等等
• Birth time : 文件创建时间，crtime，不过据查此属性linux已废弃，目前状态显示结果均为-

3. 目录与文件名

文件名并不是保存在Inode中，而是保存在父目录的block中。通过父目录的Inode可以定位到block，在block中可以找到父目录包含的子文件名与Inode的对应关系。

4. 文件描述符

在linux中，内核通过inode来找到每个文件，但一个文件可以被许多用户同时打开或一个用户同时打开多次。这就有一个问题，如何管理文件的当前位移量，因为可能每个用户打开文件后进行的操作都不一样，这样文件位移量也不同，当然还有其他的一些问题。所以linux又搞了一个文件描述符（file descriptor）这个东西，来分别为每一个用户服务。每个用户每次打开一个文件，就产生一个文件描述符，多次打开就产生多个文件描述符，一一对应，不管是同一个用户，还是多个用户。该文件描述符就记录了当前打开的文件的偏移量等数据。所以一个i节点可以有0个或多个文件描述符。多个文件描述符可以对应一个i节点。

打开现有文件或新建一个文件时，内核会返回一个文件描述符，文件描述符用来指定已打开的文件。内核维护了文件描述符表、打开文件表和Inode表，描述了如何通过文件描述符找到文件的物理位置。

• 文件描述符表维护进程打开的文件。一条记录为一个句柄。
• 打开文件表维护所有打开的文件。一条记录为一个句柄。
• Inode表维护所有Inode的元数据信息。

每个表的字段内容如下：

3个表的调用关系如下：

5. 重定向符号

重定向符号有<、>、<>。可以通过以下例子理解：

• 2&gt;&1&gt;/dev/null：先定义2>&1，此时表示错误输出和标准输出都打印到屏幕上；再定义1>/dev/null，表示标准输出丢弃。

• &gt;/dev/null 2&gt;&1：先定义1>/dev/null，表示标准输出丢弃；再定义2>&1，由于标准输出已经表示要丢弃了，此时表示错误输出也丢弃。

效果如下：

备注：& 发信号通知 Bash 1 是目标文件描述符。

例如：

• cat file等价于cat 0< file，即将file文件内容作为标准输入，即以只读方式打开file文件，cat则打印该输入。
• cat 0<> file表示以读写方式打开file文件，由于0是stdin，无法产生输出，因此cat 0<> file和 cat 0< file无区别。注意：<>是一个重定向字符，表示将将file文件的输入输出重定向到文件描述符0中。

6. 文件操作底层流程

6.1 打开文件

系统的文件打开表增加一条句柄，描述打开的文件信息，(若已有其他进程打开，则直接在打开计数器+1即可)；同时也复制给进程的文件描述符表。

执行打开命令后，并不会将文件的数据写入到内存，只是对几张表的操作。

6.2 关闭文件

将进程的文件描述符表句柄删除。

回收分配给该文件的内存空间资源。

系统级的打开文件表计算器count-1，若count=0，则删除句柄。

7. 文件描述符实践

目的：读写socket，向百度发送HTTP请求，并获得百度的响应。

7.1 建立链接

创建一个socket文件，打开该socket文件，在文件描述符表中创建一个句柄，使用文件描述符表示该句柄：

//当指定目录为/dev/tcp/www.baidu.com/80时，触发内核机制，本机与www.baidu.com的80端口建立socket连接；socket是一个文件，将socket文件的输入输出重定向到文件描述符8中。<>是一个符号，表示以读写方式打开socket文件。 exec 8<> /dev/tcp/www.baidu.com/80

查看进程的文件描述符，发现已经创建了8这个文件描述符：

命令解释：

exec：　　shell的内建命令exec将并不启动新的shell，而是用要被执行命令替换当前的shell进程，并且将老进程的环境清理掉，而且exec命令后的其它命令将不再执行。　　因此，如果在一个shell里面执行exec ls；那么，当列出了当前目录后，这个shell就自己退出了，因为这个shell进程已被替换为仅仅执行ls命令的一个进程，执行结束自然也就退出了。　　为了避免这个影响我们的使用，一般将exec命令放到一个shell脚本里面，用主脚本调用这个脚本，调用点处可以用bash a.sh，（a.sh就是存放该命令的脚本），这样会为a.sh建立一个sub shell去执行，当执行到exec后，该子脚本进程就被替换成了相应的exec的命令。　　source命令或者”.”，不会为脚本新建shell，而只是将脚本包含的命令在当前shell执行。　　不过，要注意一个例外，当exec命令来对文件描述符操作的时候，就不会替换shell，而且操作完成后，还会继续执行接下来的命令。

exec总结：

7.2 发送请求

echo -e "GET / HTTP/1.0\n" >&8

解释：

• echo -e表示要转译\n为一个空行。
• &gt;&8等价于1&gt;&8，表示标准输出重定向到文件描述符8中，即重定向到socket文件中。

7.3 获取响应

cat <&8

解释：

• cat <&8，等价于cat 0<&8：表示将文件描述符8的内容作为标准输入，输出到标准输出设备（即屏幕）上。即将socket文件内容打印到屏幕上。

百度返回的信息如下：