Linux 为什么“一切皆文件”？

“一切皆文件”是linux内核通过Struct file和file_operations统一资源接口的抽象，以文件描述符（FD）为运行时载体，覆盖设备、进程、网络等；/dev、/proc、/sys为虚拟文件系统实现；socket作为FD突破传统文件语义，体现抽象的弹性与定制性。

因为内核用统一的 struct file 和 file_operations 接口封装了所有资源，让键盘、磁盘、网络连接、进程状态等都能走 read()/write()/open()/close() 这一套系统调用路径。

文件描述符（FD）是“一切皆文件”的运行时载体

每个打开的资源——不管是 /dev/ttyS0、/proc/1234/status 还是 TCP socket——在进程的 files_struct 里都占一个整数下标（比如 3、7、12）。这个数字就是 FD，它不关心背后是硬盘还是网卡，只负责把 read(fd, ...) 转发给对应 struct file->f_op->read 函数指针。

• 0、1、2 号 FD 固定绑定 stdin/stdout/stderr，但你用 dup2(5, 1) 就能把 stdout 重定向到某个设备文件，无需改代码逻辑
• 父进程 fork() 后，子进程默认继承全部 FD —— 所以管道 | 和重定向 > 才能天然生效
• 误关掉 FD 2（stderr）可能导致日志静默丢失，而 strace -e trace=write,read 可快速定位哪段代码在往哪个 FD 写

/dev、/proc、/sys 是“文件化”的三大实现场所

它们不是真存储数据的磁盘文件，而是 VFS 层挂载的虚拟文件系统，靠内核动态生成内容：

• /dev/input/event0：读它返回 struct input_event 二进制流，本质是轮询或中断触发的事件队列
• /proc/[pid]/mem：对它 read() 实际调用的是 ptrace 逻辑，权限受 ptrace_scope 限制
• /sys/class/net/eth0/operstate：写 "down" 会触发内核 netdevice 状态机，等价于 ip link set eth0 down

注意：/proc 下多数文件不可 mmap()；/sys 文件通常只支持单次 read 或 write，多次读可能返回空或报错 EINVAL。

socket 为什么“是文件却不完全像文件”？

socket 是 FD，但它的行为突破了传统文件语义边界：

• 不能用 open("/path/to/socket") 创建，必须调 socket(AF_INET, SOCK_stream, 0) —— 因为 socket 不存在于文件系统命名空间中（除非是 unix domain socket，如 /tmp/mysock）
• read(fd) 对 TCP socket 可能只返回部分数据，且不保证消息边界；而普通文件 read() 总是按字节偏移精确读取
• 关闭 TCP 连接需先 shutdown(fd, SHUT_WR) 发 FIN，再 close(fd)；直接 close() 可能导致 RST 被发，对方收不到完整数据

这说明“一切皆文件”不是强行套壳，而是有弹性的抽象：VFS 提供统一入口，但具体实现可深度定制 —— 比如 socket 的 f_op->poll 会注册到 epoll 红黑树，而磁盘文件的 poll 只是简单返回就绪。

真正容易被忽略的，是 struct file 中的 f_mode 和 f_flags 如何影响行为：比如以 O_NONBLOCK 打开的设备文件，read() 会立即返回 EAGaiN；而同样 FD 若来自 pipe()，非阻塞读则取决于缓冲区是否有数据。同一套接口，背后控制逻辑千差万别 —— 这正是“抽象但不失控”的设计分寸所在。