Файлы, каталоги и файловые дескрипторы

⏱ 30 мин · 🧩 заданий: 5

«Всё есть файл»

В Unix через файловый интерфейс (open, read, write, close) доступно почти всё:

Тип	`ls -l`	Пример
обычный файл	`-`	`/etc/passwd`
каталог	`d`	`/home`
символическая ссылка	`l`	`/bin → usr/bin`
блочное устройство	`b`	`/dev/sda` — диск
символьное устройство	`c`	`/dev/tty`, `/dev/null`
именованный канал	`p`	созданный `mkfifo`
сокет	`s`	`/run/systemd/notify`

Плюс псевдофайлы /proc и /sys.

Дерево каталогов

Все файловые системы собраны в одно дерево с корнем /. Каталог — особый файл, содержащий таблицу «имя → номер индексного дескриптора». Путь /home/anna/notes.txt разрешается по шагам: корень → запись home → запись anna → запись notes.txt.

Три уровня таблиц

Когда процесс открывает файл, ядро связывает три структуры:

процесс A ядро (общие для системы) таблица дескрипторов таблица открытых файлов индексные дескрипторы ┌────┬──────┐ ┌───────────────────────┐ (inode в памяти) │ 0 │ ────┼───────────────▶ │ tty: pos —, O_RDWR │────▶ inode /dev/pts/0 │ 1 │ ────┼───────────────▶ │ │ │ 3 │ ────┼───────────────▶ │ file1: pos=100,O_RDONLY│──┐ └────┴──────┘ │ │ ├─▶ inode 1234 процесс B (потомок A) │ file2: pos=0, O_WRONLY│──┘ (data.txt) ┌────┬──────┐ └───────────────────────┘ │ 3 │ ────┼──────────▶ (тот же file1, что у A — после fork) │ 4 │ ────┼──────────▶ file2 (B сам открыл data.txt ещё раз) └────┴──────┘

Уровень	Где	Что хранит
Таблица дескрипторов	у каждого процесса	номер → указатель на открытый файл, флаг `FD_CLOEXEC`
Таблица открытых файлов (`struct file`)	общая в ядре	текущая позиция, режим открытия, флаги, счётчик ссылок, операции
Индексный дескриптор (inode)	общий, по одному на файл	метаданные и расположение данных файла

Следствия:

fork и dup копируют дескриптор — позиция общая;
два open одного файла — две разные записи struct file, позиции независимы;
запись открытого файла освобождается, когда закрыты все ссылающиеся на неё дескрипторы (счётчик ссылок = 0).

dup и dup2

int copy = dup(fd);       /* наименьший свободный номер — копия fd */
dup2(fd, 1);              /* сделать 1 копией fd (1 закрывается, если был открыт) */

Так shell выполняет cmd > file:

pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
    int fd = open("file", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    dup2(fd, STDOUT_FILENO);
    close(fd);
    execvp("cmd", argv);
}

Права доступа

Каждый файл имеет владельца, группу и 9 бит прав: rwx для владельца, группы и остальных.

$ ls -l script.sh
-rwxr-x--- 1 anna dev 120 окт 25 10:00 script.sh
chmod 750 script.sh      # rwx r-x ---

Бит	Для файла	Для каталога
r	читать содержимое	читать список имён
w	изменять содержимое	создавать, удалять, переименовывать файлы в нём
x	выполнять	входить (проходить по пути)

Удаление файла — право записи в каталог, а не в сам файл.

Метаданные: stat

struct stat st;
stat("data.txt", &st);
printf("inode=%lu links=%lu size=%ld\n",
       (unsigned long)st.st_ino, (unsigned long)st.st_nlink, (long)st.st_size);

stat data.txt

Итог

В Unix «всё есть файл»: обычные файлы, каталоги, устройства, каналы, сокеты.
Три уровня: дескрипторы процесса → таблица открытых файлов (позиция) → inode (метаданные).
fork и dup разделяют позицию; open ещё раз — новая позиция.
open возвращает наименьший свободный номер; dup2 — перенаправления.

Войдите, чтобы отмечать пройденные уроки.

	Свой у каждого процесса	Общий для родителя и потомка
Таблица файловых дескрипторов
Структура открытого файла (struct file)
Текущая позиция в файле (offset)
Флаги открытия (O_APPEND, O_NONBLOCK)
Флаг FD_CLOEXEC дескриптора