檔案描述符和檔案指針的差別

檔案描述符：在linux系統中打開檔案就會獲得檔案描述符，它是個很小的正整數。每個程序在PCB（Process Control Block）中儲存着一份檔案描述符表，檔案描述符就是這個表的索引，每個表項都有一個指向已打開檔案的指針。

檔案指針：C語言中使用檔案指針做為I/O的句柄。檔案指針指向程序使用者區中的一個被稱為FILE結構的資料結構。FILE結構包括一個緩沖區和一個檔案描述符。而檔案描述符是檔案描述符表的一個索引，是以從某種意義上說檔案指針就是句柄的句柄（在Windows系統上，檔案描述符被稱作檔案句柄）。

附：檔案系統

VFS

Linux支援各種各樣的檔案系統格式，如ext2、ext3、reiserfs、FAT、NTFS、iso9660等等，不同的磁盤分區、CD光牒或其它儲存設備都有不同的檔案系統格式，然而這些檔案系統都可以mount到某個目錄下，使我們看到一個統一的目錄樹，各種檔案系統上的目錄和檔案我們用ls指令看起來是一樣的，讀寫操作用起來也都是一樣的，這是怎麼做到的呢？Linux核心在各種不同的檔案系統格式之上做了一個抽象層，使得檔案、目錄、讀寫通路等概念成為抽象層的概念，是以各種檔案系統看起來用起來都一樣，這個抽象層稱為虛拟檔案系統（VFS，Virtual Filesystem）。上一節我們介紹了一種典型的檔案

系統在磁盤上的存儲布局，這一節我們介紹運作時檔案系統在核心中的表示。

核心資料結構

Linux核心的VFS子系統可以圖示如下：

在第 28 章 檔案與I/O中講過，每個程序在PCB（Process Control Block）中都儲存着一份檔案描述符表，檔案描述符就是這個表的索引，每個表項都有一個指向已打開檔案的指針，現在我們明确一下：已打開的檔案在核心中用file結構體表示，檔案描述符表中的指針指向file結構體。

在file結構體中維護File Status Flag（file結構體的成員f_flags）和目前讀寫位置（file結構體的成員f_pos）。在上圖中，程序1和程序2都打開同一檔案，但是對應不同的file結構體，是以可以有不同的File Status Flag和讀寫位置。file結構體中比較重要的成員還有f_count，表示引用計數（Reference Count），後面我們會講到，dup、fork等系統調用會導緻多個檔案描述符指向同一個file結構體，例如有fd1和fd2都引用同一個file結構體，那麼它的引用計數就是2，當close(fd1)時并不會釋放file結構體，而隻是把引用計數減到1，如果再close(fd2)，引用計數就會減到0同時釋放file結構體，這才真的關閉了檔案。

每個file結構體都指向一個file_operations結構體，這個結構體的成員都是函數指針，指向實作各種檔案操作的核心函數。比如在使用者程式中read一個檔案描述符，read通過系統調用進入核心，然後找到這個檔案描述符所指向的file結構體，找到file結構體所指向的file_operations結構體，調用它的read成員所指向的核心函數以完成使用者請求。在使用者程式中調用lseek、read、write、ioctl、open等函數，最終都由核心調用file_operations的各成員所指向的核心函數完成使用者請求。file_operations結構體中的release成員用于完成使用者程式的close請求，之是以叫release而不叫close是因為它不一定真的關閉檔案，而是減少引用計數，隻有引用計數減到0才關閉檔案。對于同一個檔案系統上打開的正常檔案來說，read、write等檔案操作的步驟和方法應該是一樣的，調用的函數應該是相同的，是以圖中的三個打開檔案的file結構體指向同一個file_operations結構體。如果打開一個字元裝置檔案，那麼它的read、write操作肯定和正常檔案不一樣，不是讀寫磁盤的資料塊而是讀寫硬體裝置，是以file結構體應該指向不同的file_operations結構體，其中的各種檔案操作函數由該裝置的驅動程式實作。

每個file結構體都有一個指向dentry結構體的指針，“dentry”是directory entry（目錄項）的縮寫。我們傳給open、stat等函數的參數的是一個路徑，例如/home/akaedu/a，需要根據路徑找到檔案的inode。為了減少讀盤次數，核心緩存了目錄的樹狀結構，稱為dentry cache，其中每個節點是一個dentry結構體，隻要沿着路徑各部分的dentry搜尋即可，從根目錄/找到home目錄，然後找到akaedu目錄，然後找到檔案a。dentry cache隻儲存最近通路過的目錄項，如果要找的目錄項在cache中沒有，就要從磁盤讀到記憶體中。

每個dentry結構體都有一個指針指向inode結構體。inode結構體儲存着從磁盤inode讀上來的資訊。在上圖的例子中，有兩個dentry，分别表示/home/akaedu/a和/home/akaedu/b，它們都指向同一個inode，說明這兩個檔案互為硬連結。inode結構體中儲存着從磁盤分區的inode讀上來資訊，例如所有者、檔案大小、檔案類型和權限位等。每個inode結構體都有一個指向inode_operations結構體的指針，後者也是一組函數指針指向一些完成檔案目錄操作的核心函數。和file_operations不同，inode_operations所指向的不是針對某一個檔案進行操作的函數，而是影響檔案和目錄布局的函數，例如添加删除檔案和目錄、跟蹤符号連結等等，屬于同一檔案系統的各inode結構體可以指向同一個inode_operations結構體。

inode結構體有一個指向super_block結構體的指針。super_block結構體儲存着從磁盤分區的超級塊讀上來的資訊，例如檔案系統類型、塊大小等。super_block結構體的s_root成員是一個指向dentry的指針，表示這個檔案系統的根目錄被mount到哪裡，在上圖的例子中這個分區被mount到/home目錄下。

file、dentry、inode、super_block這幾個結構體組成了VFS的核心概念。對于ext2檔案系統來說，在磁盤存儲布局上也有inode和超級塊的概念，是以很容易和VFS中的概念建立對應關系。而另外一些檔案系統格式來自非UNIX系統（例如Windows的FAT32、NTFS），可能沒有inode或超級塊這樣的概念，但為了能mount到Linux系統，也隻好在驅動程式中硬湊一下，在Linux下看FAT32和NTFS檔案系統會發現權限位是錯的，所有檔案都是rwxrwxrwx，因為它們本來就沒有inode和權限位的概念，這是硬湊出來的。

參考位址: http://blog.chinaunix.net/uid-20672257-id-1901040.html