Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В Unix и связанных компьютерных операционных системах дескриптор файла ( FD , реже fildes ) представляет собой абстрактный индикатор ( дескриптор ), используемый для доступа к файлу или другому ресурсу ввода / вывода , например каналу или сетевому сокету . Дескрипторы файлов являются частью интерфейса прикладного программирования POSIX . Дескриптор файла - это неотрицательное целое число , обычно представленное в языке программирования C как тип int. (отрицательные значения зарезервированы для обозначения «нет значения» или состояния ошибки).

Каждый процесс Unix (кроме, возможно, демона ) должен иметь три стандартных файловых дескриптора POSIX, соответствующих трем стандартным потокам :

Целочисленное значениеИмя< unistd.h > символьная константа [1]< stdio.h > файловый поток [2]
0Стандартный вводSTDIN_FILENOстандартный ввод
1Стандартный выводSTDOUT_FILENOстандартный вывод
2Стандартная ошибкаSTDERR_FILENOstderr

Обзор [ править ]

Дескрипторы файлов для отдельного процесса, файловой таблицы и таблицы inode . Обратите внимание, что несколько файловых дескрипторов могут ссылаться на одну и ту же запись в файловой таблице (например, в результате системного вызова dup [3] : 104 и что несколько записей файловой таблицы могут, в свою очередь, ссылаться на один и тот же индексный дескриптор (если он был открыт несколько раз). раз; таблица по-прежнему упрощена, потому что она представляет индексные дескрипторы по именам файлов, хотя индексный дескриптор может иметь несколько имен ). Файловый дескриптор 3 не ссылается ни на что в файловой таблице, что означает, что он был закрыт.

В традиционной реализации Unix файловые дескрипторы индексируются в таблицу дескрипторов файлов для каждого процесса, поддерживаемую ядром, которая, в свою очередь, индексирует общесистемную таблицу файлов, открытых всеми процессами, называемую таблицей файлов . В этой таблице записан режим, в котором был открыт файл (или другой ресурс): для чтения, записи, добавления и, возможно, других режимов. Он также индексируется в третью таблицу, называемую таблицей индексных дескрипторов, которая описывает фактические базовые файлы. [3] Для выполнения ввода или вывода процесс передает файловый дескриптор ядру через системный вызов., и ядро ​​будет обращаться к файлу от имени процесса. У процесса нет прямого доступа к файлам или таблицам индексных дескрипторов.

В Linux к набору файловых дескрипторов, открытых в процессе, можно получить доступ по пути /proc/PID/fd/, где PID - это идентификатор процесса .

В Unix-подобных системах файловые дескрипторы могут относиться к любому типу файлов Unix, названному в файловой системе. Помимо обычных файлов, сюда входят каталоги , блочные и символьные устройства (также называемые «специальными файлами»), сокеты домена Unix и именованные каналы . Дескрипторы файлов могут также относиться к другим объектам, которые обычно не существуют в файловой системе, таким как анонимные каналы и сетевые сокеты .

Структура данных FILE в стандартной библиотеке ввода-вывода C обычно включает файловый дескриптор низкого уровня для рассматриваемого объекта в Unix-подобных системах. Общая структура данных обеспечивает дополнительную абстракцию и вместо этого известна как дескриптор файла .

Операции с файловыми дескрипторами [ править ]

Ниже перечислены типичные операции с файловыми дескрипторами в современных Unix-подобных системах. Большинство этих функций объявлено в <unistd.h>заголовке, но некоторые <fcntl.h>вместо этого находятся в заголовке.

Создание файловых дескрипторов [ править ]

  • открытый ()
  • creat () [4]
  • разъем()
  • принимать()
  • socketpair ()
  • трубка()
  • epoll_create () (Linux)
  • signalfd () (Linux)
  • eventfd () (Linux)
  • timerfd_create () (Linux)
  • memfd_create () (Linux)
  • userfaultfd () (Linux)
  • fanotify_init () (Linux)
  • inotify_init () (Linux)
  • clone () (с флагом CLONE_PIDFD, Linux)
  • pidfd_open () (Linux)
  • open_by_handle_at () (Linux)

Получение дескрипторов файлов [ править ]

  • dirfd ()
  • fileno ()

Операции с одним файловым дескриптором [ править ]

  • читать (), писать ()
  • readv () , writev ()
  • pread () , pwrite ()
  • recv () , отправить ()
  • recvfrom () , sendto ()
  • recvmsg () , sendmsg () (также используются для отправки файлов FD другим процессам через сокет домена Unix)
  • recvmmsg () , sendmmsg ()
  • lseek () , llseek ()
  • fstat ()
  • fstatvfs ()
  • fchmod ()
  • fchown ()
  • ftruncate ()
  • fsync ()
  • fdatasync ()
  • fdopendir ()
  • fgetxattr () , fsetxattr () (Linux)
  • flistxatrr () , fremovexattr () (Linux)
  • statx (Linux)
  • setns (Linux)
  • vmsplice () (Linux)
  • pidfd_send_signal () (Linux)
  • waitid () (с типом идентификатора P_PIDFD, Linux)
  • fdopen () (функция stdio: преобразует дескриптор файла в ФАЙЛ *)
  • dprintf () (функция stdio: печатает в дескриптор файла)

Операции с несколькими файловыми дескрипторами [ править ]

  • select () , pselect ()
  • опрос () , ppoll ()
  • epoll_wait () , epoll_pwait () , epoll_pwait2 () (Linux, принимает один файловый дескриптор epoll для ожидания многих других файловых дескрипторов)
  • epoll_ctl () (для Linux)
  • kqueue () (для систем на основе BSD).
  • Отправить файл()
  • splice () , tee () (для Linux)
  • copy_file_range () (для Linux)
  • close_range () (для Linux) [5]

Операции с таблицей файловых дескрипторов [ править ]

Функция fcntl () используется для выполнения различных операций с файловым дескриптором в зависимости от переданного ей аргумента команды. Существуют команды для получения и установки атрибутов, связанных с дескриптором файла, включая F_GETFD, F_SETFD, F_GETFL и F_SETFL .

  • Закрыть()
  • closefrom () (только BSD и Solaris; удаляет все файловые дескрипторы больше или равные указанному номеру)
  • dup () (дублирует существующий файловый дескриптор, гарантируя наименьший номер доступного файлового дескриптора)
  • dup2 () , dup3 () (Закройте fd1, если необходимо, и сделайте файловый дескриптор fd1 указателем на открытый файл fd2)
  • fcntl (F_DUPFD)

Операции, изменяющие состояние процесса [ править ]

  • fchdir () (устанавливает текущий рабочий каталог процесса на основе дескриптора файла каталога)
  • mmap () (отображает диапазоны файла в адресное пространство процесса)

Блокировка файла [ править ]

  • стадо()
  • fcntl () (F_GETLK, F_SETLK и F_SETLKW)
  • lockf ()

Сокеты [ править ]

См. Также: Розетки Berkeley
  • соединять()
  • связывать()
  • Слушать()
  • accept () (создает новый дескриптор файла для входящего соединения)
  • getsockname ()
  • getpeername ()
  • getsockopt ()
  • setsockopt ()
  • shutdown () (отключает одну или обе половины полнодуплексного соединения)

Разное [ править ]

  • ioctl () (большой набор различных операций с одним дескриптором файла, часто связанный с устройством)

Предстоящие операции [ править ]

Ряд новых операций с файловыми дескрипторами был добавлен во многие современные Unix-подобные системы, а также в многочисленные библиотеки C, которые будут стандартизированы в будущей версии POSIX . [6] В atсуффикс означает , что функция принимает дополнительный первый аргумент подачи дескриптора файла , из которого относительные пути будут решены, формы , не имеющие atсуффикс , таким образом , став эквивалентно переходу дескриптора файла , соответствующего текущему рабочему каталогу . Целью этих новых операций является защита от определенного класса атак TOCTOU .

  • openat ()
  • faccessat ()
  • fchmodat ()
  • fchownat ()
  • fstatat ()
  • futimesat ()
  • linkat ()
  • мкдират ()
  • mknodat ()
  • readlinkat ()
  • переименовать ()
  • символическая ссылка ()
  • unlinkat ()
  • mkfifoat ()
  • fdopendir ()

Дескрипторы файлов как возможности [ править ]

Файловые дескрипторы Unix во многом действуют как возможности . Их можно передавать между процессами через сокеты домена Unix с помощью sendmsg()системного вызова. Обратите внимание, однако, что на самом деле передается ссылка на «описание открытого файла», имеющее изменяемое состояние (смещение файла, а также статус файла и флаги доступа). Это усложняет безопасное использование файловых дескрипторов в качестве возможностей, поскольку, когда программы совместно используют доступ к одному и тому же открытому описанию файла, они могут вмешиваться в его использование друг другом, изменяя его смещение или, например, является ли оно блокирующим или неблокирующим. [7] [8] В операционных системах, которые специально разработаны как системы возможностей, очень редко есть какое-либо изменяемое состояние, связанное с самой возможностью.

Таблица файловых дескрипторов процесса Unix является примером C-списка .

См. Также [ править ]

  • фьюзер (Unix)
  • lsof
  • Блок управления файлами (FCB) - альтернативная схема в C / PM и ранних версиях DOS

Ссылки [ править ]

  1. ^ Открытая группа . «Базовые спецификации Open Group, выпуск 7, IEEE Std 1003.1-2008, издание 2016 г.» . Проверено 21 сентября 2017 .
  2. ^ Открытая группа. «Базовые спецификации Open Group, выпуск 7, IEEE Std 1003.1-2008, издание 2016 г.» . <stdio.h> . Проверено 21 сентября 2017 .
  3. ^ a b Бах, Морис Дж. (1986). Дизайн операционной системы UNIX (8-е изд.). Прентис-Холл . С.  92–96 . ISBN 9780132017992.
  4. ^ Открытая группа . «Базовые спецификации Open Group, выпуск 7, IEEE Std 1003.1-2008, издание 2018 г. - создано» . Проверено 11 апреля 2019 .
  5. ^ Стивен Китт, Майкл Керриск. "close_range (2) - справочная страница Linux" . Проверено 22 марта 2021 .
  6. ^ Расширенный набор API, часть 2 . Открытая группа. Октябрь 2006 г. ISBN. 1931624674.
  7. ^ Бринкманн, Маркус (2009-02-04). «Строим мост: API библиотеки и файловые дескрипторы?» . болтовня . Архивировано из оригинала на 2012-07-30 . Проверено 21 сентября 2017 .
  8. ^ де Бойн Поллард, Джонатан (2007). «Не устанавливайте общие файловые дескрипторы в неблокирующий режим ввода-вывода» . Проверено 21 сентября 2017 .