Linux系统中多次打开同一个文件操作方法

     大家好，我是ST。

     今天的话主要和大家聊一聊，在Linux系统中如果一个文件被打开多次会出现什么情况。

第一：多次打开同一个文件

    大家看到这个标题可能会有疑问，同一个文件还能被多次打开？事实确实如此，同一个文件可以被 多次打开，譬如在一个进程中多次打开同一个文件、在多个不同的进程中打开同一个文件，那么这些操作都 是被允许的。本小节就来探讨下多次打开同一个文件会有一些什么现象以及相应的细节问题？

     当一个进程内多次open打开同一个文件，那么会得到多个不同的文件描述符fd，同理在关闭文件的时候也需要调用close依次关闭文件描述符。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(void)
{
 int fd1, fd2, fd3;
 int ret;
 /* 第一次打开文件 */
 fd1 = open("./test_file", O_RDWR);
 if (-1 == fd1) {
 perror("open error");
 exit(-1);
 }
 /* 第二次打开文件 */
 fd2 = open("./test_file", O_RDWR);
 if (-1 == fd2) {
 perror("open error");
 ret = -1;
 goto err1;
  }
 /* 第三次打开文件 */
 fd3 = open("./test_file", O_RDWR);
 if (-1 == fd3) {
 perror("open error");
 ret = -1;
 goto err2;
 }
 /* 打印出 3 个文件描述符 */
 printf("%d %d %d
", fd1, fd2, fd3);
 close(fd3);
 ret = 0;
err2:
 close(fd2);
err1:
 /* 关闭文件 */
 close(fd1);
 exit(ret);
}

    在上述代码中，通过3次调用open函数对test_file文件打开了3次，最后将3次得到的文件描述符打印出来，在当前目录下存在test_file文件，接下来编译测试：

    从打印结果可知，三次调用 open 函数得到的文件描述符分别为 6、7、8，通过任何一个文件描述符对文件进行 IO 操作都是可以的，但是需要注意是，调用 open 函数打开文件使用的是什么权限，则返回的文件描述符就拥有什么权限，文件 IO 操作完成之后，在结束进程之前需要使用 close 关闭各个文件描述符。

第二：一个文件被打开多次，在内存中不会存在多份动态文件

     如果同一个文件被多次打开，那么该文件所对应的动态文件是否在内存中也存在多份？也就是说，多次打开同一个文件是否会将其文件数据多次拷贝到内存中进行维护？

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(void)
{
 char buffer[4];
 int fd1, fd2;
 int ret;
 /* 创建新文件 test_file 并打开 */
 fd1 = open("./test_file", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL,
 S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);
 if (-1 == fd1) {
 perror("open error");
 exit(-1);
 }
 /* 再次打开 test_file 文件 */
 fd2 = open("./test_file", O_RDWR);
 if (-1 == fd2) {
 perror("open error");
 ret = -1;
 goto err1;
 }
 /* 通过 fd1 文件描述符写入 4 个字节数据 */
 buffer[0] = 0x11;
 buffer[1] = 0x22;
 buffer[2] = 0x33;
 buffer[3] = 0x44;
 ret = write(fd1, buffer, 4);
 if (-1 == ret) {
 perror("write error");
 goto err2;
 }
 /* 将读写位置偏移量移动到文件头 */
 ret = lseek(fd2, 0, SEEK_SET);
 if (-1 == ret) {
 perror("lseek error");
 goto err2;
 }
 /* 读取数据 */
 memset(buffer, 0x00, sizeof(buffer));
 ret = read(fd2, buffer, 4);
 if (-1 == ret) {
 perror("read error");
 goto err2;
 }
 printf("0x%x 0x%x 0x%x 0x%x
", buffer[0], buffer[1],
 buffer[2], buffer[3]);
 ret = 0;
err2:
 close(fd2);
err1:
 /* 关闭文件 */
 close(fd1);
 exit(ret);
}

     当前目录下不存在test_file文件，代码中，第一次调用open函数新建并打开test_file文件，第二次调用open函数再次打开它，新建文件时，文件大小为0；首先通过文件描述符 fd1 写入4 个字节数据（0x11/0x22/0x33/0x44），从文件头开始写；然后再通过文件描述符 fd2 读取 4 个字节数据，也是从文件头开始读取。假如，内存中只有一份动态文件，那么读取得到的数据应该就是 0x11、0x22、0x33、0x44，如果存在多份动态文件，那么通过 fd2 读取的是与它对应的动态文件中的数据，那就不是 0x11、0x22、0x33、0x44，而是读取出 0 个字节数据，因为它的文件大小是 0。

    根据以上打印结果，打印显示出来的数据是0x11/0x22/0x33/0x44，所以由此可知，即使多次打开同一个文件，内存中也只有一份动态文件。

第三：多次open打开同一个文件，不同文件描述符对应的读写位置偏移量是相互独立的

    同一个文件件被多次打开，会得到多个不同的文件描述符，也就意味着会有多个不同的文件表，而文件读写偏移量信息就记录在文件表数据结构中，所以从这里可以推测不同的文件描述符所对应的读写偏移量是相互独立的，并没有关联在一起，并且文件表中 i-node 指针指向的都是同一个 inode，如下图所示：

总结：多次打开同一个文件，返回的文件描述符各不相同，但是操作的仍然是同一个文件。