Файловый дескриптор — это неотрицательное число, которое является идентификатором потока ввода-вывода. Дескриптор может быть связан с файлом, каталогом, сокетом.
Например, когда вы открываете или создаете новый файл, операционная система формирует для себя запись для представления этого файла и хранения информации о нем. У каждого файла индивидуальный файловый дескриптор Linux. Открыли 100 файлов — где-то в ядре появились 100 записей, представленных целыми числами.
Как файлы получают дескрипторы
Обычно файловые дескрипторы выделяются последовательно. Есть пул свободных номеров. Когда вы создаете новый файл или открываете существующий, ему присваивается номер. Следующий файл получает очередной номер — например, 101, 102, 103 и так далее.
Дескриптор для каждого процесса является уникальным. Но есть три жестко закрепленных индекса — это первые три номера (0, 1, 2).
- 0 — стандартный ввод (stdin), место, из которого программа получает интерактивный ввод.
- 1 — стандартный вывод (stdout), на который направлена большая часть вывода программы.
- 2 — стандартный поток ошибок (stderror), в который направляются сообщения об ошибках.
Когда вы завершаете работу с файлом, присвоенный ему дескриптор освобождается и возвращается в пул свободных номеров. Он снова доступен для выделения под новый файл. 
В Unix-подобных системах файловые дескрипторы могут относиться к любому типу файлов Unix: обычным файлам, каталогам, блочным и символьным устройствам, сокетам домена, именованным каналам. Дескрипторы также могут относиться к объектам, которые не существуют в файловой системе: анонимным каналам и сетевым сокетам.
Понятием «файловый дескриптор» оперируют и в языках программирования. Например, в Python функция os.open(path, flags, mode=0o777, *, dir_fd=None) открывает путь к файлу path, добавляет флаги и режим, а также возвращает дескриптор для вновь открытого файла. Начиная с версии 3.4 файловые дескрипторы в дочернем процессе Python не наследуются. В Unix они закрываются в дочерних процессах при выполнении новой программы.
Для чего нужны файловые дескрипторы
Чтобы оценить важность файловых дескрипторов, нужно разобраться, как работает файловая система.
- В традиционной реализации Unix дескрипторы индексируются в таблицу дескрипторов для каждого процесса, поддерживаемого ядром.
- Таблица файловых дескрипторов индексирует общесистемную таблицу файлов, открытых всеми процессами.
- В таблице файлов записывается режим, в котором открыт файл или другой ресурс — например, для чтения, записи, чтения и записи.
- Режим индексируется в таблицу индексных дескрипторов, описывающих фактические базовые файлы. В каждом индексном дескрипторе хранятся атрибуты и расположение дисковых блоков переданного объекта.
Когда нужно выполнить ввод или вывод, процесс через системный вызов передает ядру дескриптор нужного файла. Ядро обращается к файлу от имени процесса. При этом у самого процесса нет доступа к файлу или таблице индексных дескрипторов.
Что такое плохой файловый дескриптор
Это ошибка, которая может возникнуть в многопоточных приложениях, — Bad file descriptor. Чтобы исправить ее, нужно найти код, который закрывает один и тот же дескриптор файла. Может произойти и другая ситуация — например, один поток уже закрыл файл, а другой поток пытается получить к нему доступ.
В однопоточных приложениях такая проблема обычно не возникает.
Что можно делать с файловыми дескрипторами
Файловые дескрипторы можно использовать для исправления ошибок. Например, если на диске нет свободного места, но вы не видите файлы, которые занимают пространство, то можно посмотреть открытые дескрипторы. Это поможет понять, какое приложение заняло весь доступный объем.
Важно понимать, что если мы один раз открыли файл, и он получил файловый дескриптор, то мы можем взаимодействовать с ним дальше. Не имеет значения, что с этим файлом происходит. Его могут переименовать, удалить, могут изменить его владельца, отобрать права на запись и чтение. Если вы уже начали работать с файлом и знаете его дескриптор, то можете продолжать с ним работать.
Комментарии