小夥伴們，這篇部落格對應的官方文件在此處。建議大家對照著官方文件來閱讀我的部落格，這樣效果會更好。OK，開始我們的學習。

程序隔離

官網上有那麼一句話：

程序隔離也是很多新手經常遇到的問題。修改了全域性變數的值，為什麼不生效，原因就是全域性變數在不同的程序，記憶體空間是隔離的，所以無效。

如果小夥伴們之前對程序沒有概念，要理解起來還是有一定難度的。所以在這裡，我有必要說一下程序是什麼東西。

簡單來說，程序是一個

資料結構

，資料結構裡面存放了很多成員變數，這個是最本質的。很多書說：

程序是資源的集合

那麼這句話所說的資源指的就是這些變數存放的東西，集合指的就是程序這個資料結構。

如果還是有一些抽象，不要緊，我們去看看Linux中程序這個資料結構的定義是怎樣的。資料結構的定義在這裡，大概是在593行的位置：

我列舉幾個這個資料結構裡面我們聽的比較多的成員變數：

struct task_struct {

pid_t pid；

struct list_head children；

struct files_struct *files；

}

其中，

pid

變數裡面儲存著這個程序的標識，也就是說給程序標一個號，區分一下各個程序。透過

children

變數，作業系統可以找到這個程序的所有子程序。變數

files

裡面有一個變數

fdtab

，透過

fdtab

裡面的

fd

指標，可以找到當前程序開啟的所有檔案。如果我們追蹤Linux的原始碼，檢視它的初始化程式碼，會有下圖所示的關係：

作業系統會為每一個程序分配一個

task_struct

資料結構，一旦CPU執行某個程序的程式碼的時候，作業系統把當前程序的這些變數提供給CPU。因為每個程序都有自己的這個

task_struct

資料結構，所以每個程序的變數是在各自的程序裡面的，因此不同程序的變數是隔離的，

這些變數也包括全域性變數、檔案控制代碼（即上圖中的fd）

。

緊接著，官網又給出那麼一句話：

不同程序的檔案控制代碼是隔離的，所以在A程序建立的Socket連線或開啟的檔案，在B程序內是無效，即使是將它的fd傳送到B程序也是不可用的

這句話什麼意思呢？為了搞清楚，我們要知道檔案控制代碼的作用。

當用戶呼叫open系統呼叫（或者其他開啟檔案的系統呼叫）的時候，核心會建立一個開啟檔案物件來表示該檔案的一個開啟例項。核心同時也會分配一個檔案描述符（也就是上圖中的fd）作為開啟檔案物件的控制代碼。如下圖所示：

open系統呼叫向程序返回這個檔案描述符，然後這個檔案描述符就被存放在

file array

裡面了。然後程序就可以透過這個

fd1

來找到對應的檔案。那麼，圖中的offset是什麼意思呢（我們把offset叫做

開啟檔案物件

）？在Unix系統中，檔案預設是順序訪問的。當用戶開啟檔案的時候，核心初始化這個offset的偏移指標為0。舉個例子，如果當前程序剛開啟一個檔案（檔案內容是字串

abcdefghijklnm

），那麼此時offset的狀態如下：

因為offset的偏移指標為0，所以指向字母a。所以，當我們透過fd去讀取檔案內容的時候，讀取到的第一個字元就是字母

a

。假設我連續讀了3個位元組，那麼此時的狀態應該是這個樣子的：

也就是說，當程序從檔案裡面讀取3個位元組之後，offset此時指向字母d。當程序下一次讀取檔案的時候，讀取出來的第一個字母就是d了。這就是offset的概念。

同一個程序還可以多次開啟同一個檔案，如下圖所示：

可以看出，雖然fd1和fd2都是指向同一個檔案，但是，如果程序透過fd1去讀取檔案的話，讀到的第一個字母是d；如果程序透過fd2去讀取檔案的話，讀取到的第一個字母是a。所以，每個檔案描述符代表著與檔案的一個獨立會話，對應的開啟檔案物件（即圖中的offset）儲存者該會話的內容，這包括了被開啟檔案的模式（只讀、只寫、讀寫）以及下一次讀取或者寫入時的偏移指標。

我們透過程式碼來直觀感受一下：

<？php

$handle1 = fopen（“file。txt”， “r”）；

$handle2 = fopen（“file。txt”， “r”）；

$content = fread（$handle1， 3）；

echo “The process reads three bytes through handle1， the content is： ” 。 $content 。 PHP_EOL；

$content1 = fread（$handle1， 1）；

$content2 = fread（$handle2， 1）；

echo “The process reads one bytes through handle1， the content is： ” 。 $content1 。 PHP_EOL；

echo “The process reads one bytes through handle2， the content is： ” 。 $content2 。 PHP_EOL；

結果如下：

驗證了我們的說法。

正是因為offset這個開啟檔案物件對同一個檔案的不同會話進行了隔離，所以，才有了官網的這句話：

不同程序的檔案控制代碼是隔離的，所以在A程序建立的Socket連線或開啟的檔案，在B程序內是無效，即使是將它的fd傳送到B程序也是不可用的

也就是說，

就算fd是一樣的，但是offset是不一樣的

。

其實到這裡算是講完了隔離，但是，我還想再講一點其他的東西。

即，同一個程序是否可以讓多個fd指向同一個offset，從而達到多個fd共享同一個offset的效果呢？答案是可以做到。

程序可以透過dup系統呼叫來複制一個檔案描述符fd，這樣一來，兩個檔案描述符共享著相同的會話：

程式碼如下：

<？php

$handle1 = fopen（“file。txt”， “r”）；

$handle2 = dup（$handle1）；

$content = fread（$handle1， 3）；

echo “The process reads three bytes through handle1， the content is： ” 。 $content 。 PHP_EOL；

$content1 = fread（$handle1， 1）；

$content2 = fread（$handle2， 1）；

echo “The process reads one bytes through handle1， the content is： ” 。 $content1 。 PHP_EOL；

echo “The process reads one bytes through handle2， the content is： ” 。 $content2 。 PHP_EOL；

（注意，這段程式碼執行不了，因為PHP沒有提供dup這個函式）

假設，這個函式是可以執行，那麼輸出的結果應該是

The process reads three bytes through handle1， the content is： abc

The process reads one bytes through handle1， the content is： d

The process reads one bytes through handle2， the content is： e

下面是更新的內容，經過熱心網友 @許懷遠的指正，unix domain socket可以用來在不同的程序之間傳遞fd，而且傳過去後還可以正常使用。至於如何使用unix domain socket，小夥伴們可以在《UNIX網路程式設計》卷一的第15章找到答案。