Module fd_table 

文件描述符表

该模块实现了进程级的文件描述符管理，提供 POSIX 兼容的文件描述符操作。

核心组件

• FDTable - 文件描述符表，每个进程维护一个实例
• FdFlags - 文件描述符标志（如 FD_CLOEXEC）

设计理念

文件描述符的本质

文件描述符（FD）是进程级的整数索引，指向打开的文件对象：

FDTable
┌────┬──────────────────────┐
│ 0  │ Arc<StdinFile>       │ ← stdin
│ 1  │ Arc<StdoutFile>      │ ← stdout
│ 2  │ Arc<StderrFile>      │ ← stderr
│ 3  │ Arc<RegFile>         │
│ 4  │ Arc<PipeFile>        │
│ 5  │ None                 │
└────┴──────────────────────┘

POSIX 语义

最小可用 FD

alloc() 总是返回最小的可用文件描述符：

let fd1 = fd_table.alloc(file1)?;  // 返回 3
let fd2 = fd_table.alloc(file2)?;  // 返回 4
fd_table.close(3)?;
let fd3 = fd_table.alloc(file3)?;  // 返回 3 (重用)

dup 语义

dup 系列操作共享 File 对象（包括 offset）：

fd[3] ──┐
        ├──> Arc<RegFile> { offset: AtomicUsize }
fd[4] ──┘

// fd[3] 和 fd[4] 共享 offset，一个 read() 会影响另一个

FD 标志 vs 文件状态标志

• FD 标志 (FdFlags): 文件描述符级别，dup 时不共享
  • FD_CLOEXEC: exec 时关闭
• 文件状态标志 (OpenFlags): File 对象级别，dup 时共享
  • O_RDONLY/O_WRONLY/O_RDWR: 访问模式
  • O_APPEND: 追加模式
  • O_NONBLOCK: 非阻塞模式

fork 和 exec

fork 时

父子进程共享整个 FDTable：

父进程 ──┐
         ├──> Arc<FDTable>
子进程 ──┘

exec 时

自动关闭带 FD_CLOEXEC 标志的文件：

fd_table.close_exec();  // exec 前调用

并发安全

FDTable 内部使用 SpinLock 保护：

• files: Vec<Option<Arc<dyn File>>>
• fd_flags: Vec<FdFlags>

多线程访问 FDTable 时会竞争锁，但 File 对象本身（如 RegFile 的 offset） 使用原子操作，无需额外锁定。

使用示例

基本操作

use vfs::{FDTable, RegFile};

let fd_table = FDTable::new();

// 分配文件描述符
let file = Arc::new(RegFile::new(dentry, OpenFlags::O_RDONLY));
let fd = fd_table.alloc(file)?;

// 访问文件
let file = fd_table.get(fd)?;
file.read(&mut buf)?;

// 关闭文件描述符
fd_table.close(fd)?;

dup 操作

// dup: 复制到最小可用 FD
let new_fd = fd_table.dup(old_fd)?;

// dup2: 复制到指定 FD
fd_table.dup2(old_fd, new_fd)?;

// dup3: dup2 + 设置标志
fd_table.dup3(old_fd, new_fd, OpenFlags::O_CLOEXEC)?;

重定向示例

// 将 stdout 重定向到文件
let file = open_file("/tmp/output.txt", O_WRONLY | O_CREAT)?;
let fd = fd_table.alloc(file)?;
fd_table.dup2(fd, 1)?;  // 1 = stdout
fd_table.close(fd)?;
// 现在所有 println! 都会写到文件

Structs

FDTable

文件描述符表