前言
C语言的关于文件操作的各种函数实际上是对系统调用的封装。那么从进程的角度看，一个文件到底是如何被描述的呢？又是如何被组织并管理的呢？
什么叫文件描述符
所有的I/O设备都被模型化为文件，而所有的输入输出都被当成对文件的读写操作。这种将设备优雅地映射为文件的方式，允许Linux内核引出一个简单的，低级的应用接口，成为Unix I/O,着使得所有的输入输出都能以一种统一切一致的方式来执行，这也是为什么说linux下一切皆文件。
当程序通过要求内核打开相应的文件。内核会返回一个小的非负整数。这个非负整数就叫做描述符，也叫文件描述符。文件描述符是用于唯一标识文件的号码。下面我用fd表示文件标识符。
也就意味着，我们的进程实际上并不记录文件本身，而只需要记录一个为一个文件ID。所有被打开的文件的信息都被集中在一起被内核管理，内核向进程提供文件的接口。 
尝试打开多个文件并观察其文件描述符：
我们发现打开的文件其ID是从3开始的，这是属于巧合吗？
其实并不是
Linux shell 创建的每一个进程开始的时候都有三个打开的文件：标准输入流（fd=0），标准输出流（fd=1），标准错误流（fd=2）。这三个文件分别对应的硬件设备是键盘、显示器、显示器。
在c语言中也会默认给我们打开三个文件
如何证明这三个文件会默认打开呢？
对于以上结果，我们可以直接在stdout文件里写入数据，说明了stdout文件确实是被默认打开了！
再证明stdout文件的描述符是1，看代码：
这里使用系统调用的write函数直接向文件描述符为1的文件写入数据。我们发现文件标识符1指的就是stdout文件。由此，证明了进程会默认打开stdout文件，并且该文件的fd=1.其余两个文件也是同样的道理。
FILE与fd的关系
FILE是C语言用来描述文件的一个结构体，在了解了文件描述符之后，我们其实也能明白FILE的底层实现了对fd的封装。
再次理解文件
以用户的视角来看，文件=属性+内容。以操作系统的视角来看，文件其实就是一个名为file的struct。
每当我们打开一个文件，操作系统就会生成一个struct file记录该文件的所有信息，包括以何种方式打开，文件的标记位等。并将这个file以双链表的形式加入到所有打开文件的集合中，这个集合统一由操作系统管理。
其中值得我们关注的是，struct file内部会包含一个指针，指向该文件的内核级缓存区。进程就是在这个区域里面进行读写数据。该区域的存在避免了进程直接向磁盘读写数据，提高了效率（缓冲区存在的意义）。
除此之外，struct file里还含有文件的类型以及该文件的方法列表。方法列表包括了open方法，write方法等。
为什么要有文件的方法列表呢？
首先所有的硬件都有一定的存储能力。这也就意味着我们能以看待磁盘的视角来看待其他硬件。比如显示器，键盘等。我们所说的什么键盘文件其实就是用来跟键盘的存储空间打交道的。不同硬件读写数据的操作方法可能不一样。比如键盘文件就没有向其写数据的方法，我们只能从键盘读取而不能写入！
所以方法列表中的元素其实就是一个函数指针，指向对应硬件的读写方法。
虽然各个硬件中的读写方法存在差异，但是相同功能的函数名字可以一致。
这样操作系统就能以统一的视角来看待各个硬件的读写方法。
进程和struct file的关系
一个进程可以打开多个文件，对于进程来说，被打开的文件同样也算是一种资源。
为了区分一个进程拥有的“打开文件”集合。操作系统为每个进程建立了一张
struct files_struct表，表中有一个struct file* 数组fd_array,这个数组就指向该进程所有的打开的文件。task_struct中的 struct files_struct* files指针就指向这张表。
fd_array是文件映射关系数组。fd_array数组中的每个元素都是对应操作系统管理文件集合中的某个文件。于是我们就能通过下标访问该数组，从而在操作系统管理文件集合中找到目标文件。
非常合理的，文件描述符就是fd_array数组的下标！！！
这样我们也就明白了，文件操作的系统调用为什么是用fd来做参数的。因为我们能通过fd准确地找到目标文件。
文件描述符的分配规则
正常来说，每个进程都会默认打开三个文件（0-2），也就导致了进程自己打开的文件的描述符从3开始。
但如果我们将默认的三个文件关闭之后呢？
假设我们关闭标准输入文件流stdin(0),那么我们之后打开的文件其文件描述符会从0开始。也就意味着，每次打开文件其文件描述符是fd_array数组中没有出现的第一个下标。
再次理解open操作
在明白文件是如何被描述以及如何被管理之后，我们也就能更加深刻的理解系统调用open打开文件的过程：
1.创建struct file（包括fd）
2.开辟文件缓存区，加载文件中的数据（延后）
3.查进程的文件描述符表（fd_array数组）
4.将file的内存地址填入到fd_array[fd]中
5.返回fd.
