从零写OS（二十一）：文件描述符 fd

Thu, 14 May 2026 01:00:00 +0000

前几章的用户程序如果想读文件，得直接传 inode 号给内核——read(ino, offset, buf, len)。这意味着用户程序要自己记当前读到哪了，而且根本不知道文件名，只有一个数字。

这一章引入 文件描述符（fd），让用户程序用熟悉的方式操作文件：

int fd = open("hello.txt");
int n  = read(fd, buf, 64);
close(fd);

fd 是什么

fd 是一个进程内的整数，通常从 0 开始分配（0=stdin，1=stdout，2=stderr，之后是普通文件）。

它背后有三层：

进程 fd_table[]          内核 open_file             磁盘
  fd=3  ──────────→   { ino=42, offset=0 }  ──→  hello.txt
  fd=4  ──────────→   { ino=43, offset=0 }  ──→  readme.txt

fd 本身只是下标，真正存 offset 的是内核里的"打开文件"结构。这样的好处：

offset 由内核自动推进，用户不用管
fork 后父子可以共享同一个打开文件（共享 offset）
文件、管道、设备用同一套接口，背后实现不同

实现：每个进程一张 fd 表

在 process_t 里加一个数组：

typedef struct {
    // ...
    int32_t fd_table[PROC_MAX_FD];  // fd → vfs_fd，-1 表示空槽
} process_t;

fd_table[fd] 存的是 VFS 层的内部 fd（VFile 数组下标）。

从零写OS（十二）：VFS，让系统调用不认识具体文件系统

Wed, 06 May 2026 12:00:00 +0000

上一章我们写了一个 SimpleFS，可以创建文件、读写内容。但现在有个问题：open() 系统调用直接调的是 fs_create、fs_read 这些 SimpleFS 专属函数。

如果哪天要支持 FAT32，就得去改系统调用的代码。这显然不对。

这一章加一层 VFS（Virtual File System，虚拟文件系统），把系统调用和具体文件系统隔开。

先把概念搞清楚

间接层解耦

软件里有句老话：任何问题都可以通过加一层间接层解决。VFS 就是这层间接层。

用户进程
   ↓  open / read / write
  VFS（统一接口）
   ↓              ↓
SimpleFS         FAT32

系统调用只跟 VFS 说话，VFS 再转发给具体 FS。新增一种文件系统，只需要实现 VFS 要求的那几个函数，不动系统调用层。

file_operations：C 语言的多态

VFS 要求每种文件系统提供一张函数指针表：

typedef struct {
    int (*read) (...);
    int (*write)(...);
    uint32_t (*lookup)(...);
    uint32_t (*create)(...);
} FileOps;

VFS 调 fops->read(...) 时，实际执行的是哪个函数，取决于挂载时注册的是哪张表。这是 C 语言实现"多态"的标准手法，Linux 内核里到处都是这个模式。

vnode：VFS 的通用 inode

具体 FS 有自己的 inode，VFS 层包一层 vnode，里面放着具体 FS 的 inode 号和对应的函数指针表。对上层完全屏蔽了底层差异。

文件描述符 on 大飞的博客