文件描述符存储在进程内存中的什么位置？

Question

当一个函数A从一个执行点被调用时，内部是一个JMP语句到指向函数A的地址。所以当前的执行点被保存到堆栈中，PC加载被调用函数的地址A 并继续。

要在函数调用后返回执行点，函数块应该具有相等的推送和弹出堆栈。通常在 C 中退出函数时，定义的堆栈变量被破坏（我认为这意味着从堆栈中弹出），但我决定在我的函数中定义一个文件描述符变量。代码如下：

void main() {
    printf("In the beginning there was main()\n");
    func_call();
    printf("func_call complete\n");
    while(1);
}

void func_call() {
    int fp;
    //Opening a file to get handle to it.
    fp = open("stack_flush.c", O_RDONLY);
    if (fp < 0 ) {
        perror("fp could not open stack_flush.c");
        return;
    }
}

在运行这个程序并检查 lsof 时，我可以看到 fd 在退出函数 func_call() 时仍然打开。

stack_flu 3791 vvdnlt260    0u   CHR  136,1      0t0        4 /dev/pts/1
stack_flu 3791 vvdnlt260    1u   CHR  136,1      0t0        4 /dev/pts/1
stack_flu 3791 vvdnlt260    2u   CHR  136,1      0t0        4 /dev/pts/1
stack_flu 3791 vvdnlt260    3r   REG    8,3      526 24660187 /home/vvdnlt260/Nishanth/test_space/stack_flush.c

我检查了 wikipedia 条目中的文件描述符，发现：

为了执行输入或输出，进程通过系统调用将文件描述符传递给内核，内核将代表进程访问文件。该进程没有直接访问文件或 inode 表的权限。

从上面的语句很明显文件描述符整数值存储在进程内存中，但是虽然它是在函数中定义的，但文件描述符不是函数本地的，因为它没有在函数退出时被删除。

所以我的问题是 2 倍：

1) 如果文件描述符是 func_call() 堆栈的一部分，那么代码虽然没有被弹出，但如何返回到它的函数调用前执行点？同样在这种情况下，为什么它在函数调用存在后仍然存在？

2) 如果不是 func_call() 堆栈的一部分，文件描述符在进程内存中的位置是什么？

Answer 1

文件描述符是特殊的。如您所知，它们只是整数。但是它们“包含”大量关于正在读取的文件的信息（文件在磁盘上的位置、读/写指针在 fie 中的位置等），那么这些信息存储在哪里？答案是它存储在操作系统内核的某个地方。它存储在操作系统内核中，因为它是内核为您管理文件 I/O 的工作。当我们说指向打开文件的 int 是“文件描述符”时，我们的意思是 int 指的是存储在其他地方的信息，有点像指针。 “描述符”这个词很重要。有时用于这种情况的另一个词是“处理”。

如您所知，局部变量的内存通常存储在堆栈中。当你从一个函数返回时，为函数的局部变量释放内存非常简单——它们基本上会随着函数的堆栈帧一起消失。当它们消失时，它们确实消失了：（在 C 中）没有办法与它们的消失相关联的一些动作。特别是，对于碰巧是文件描述符的变量，没有办法产生调用 close() 的效果。

（如果您想在变量消失时进行清理操作，一种方法是使用 C++，并使用类变量，并定义显式 析构函数。）

当您致电malloc 时，也会出现类似情况。在这个函数中：

void f()
{
    char *p = malloc(10);
}

我们调用malloc分配10字节的内存并将返回的指针存储在一个局部指针变量p中，当函数f返回时该变量消失。所以我们丢失了指向分配内存的指针，但是没有调用free()，所以内存仍然是分配的。 （这是一个内存泄漏的例子。）

Answer 2

变量int fd; 仅在函数func_call() 中可见，并且在此函数执行完成后，它将从堆栈中弹出，并且可能会在输入新函数时覆盖内存。您销毁一些指向文件的int 值这一事实并不意味着您关闭了所述文件。如果你做了类似的事情：

int global_fd;
void foo() {
    int local_fd = open("bar.txt", O_RDONLY);
    global_fd = local_fd;
}

然后叫foo()？您是否希望在foo 退出后无法再使用global_fd？

在这种情况下，将文件描述符视为指针会很有帮助，您要求内核将文件提供给您，它会为您提供一个值，您可以将其用作此特定文件的标记，这令牌是您用来让内核知道read 或lseek 之类的函数应该在哪个文件上起作用的东西。当令牌被传递或销毁时，文件保持打开状态，就像销毁指针不会释放分配的内存一样。

Answer 3

当你打开一个文件时，内核中有一个存储文件描述符的表。因此，当您打开文件时，您在该表中创建了一个条目。如果您不关闭文件（及其描述符），则永远不会删除该条目（这并不意味着您无法再次打开该文件）。

如果文件描述符是 func_call() 堆栈的一部分，那么代码虽然没有被弹出，但如何返回到它的函数调用前执行点？同样在这种情况下，为什么它在函数调用存在后仍然存在？

据我所知，每个进程只有一个堆栈，而不是每个函数。所以fp变量存储在进程的堆栈中，当函数结束时它会从那里删除。