什么是进程的文件描述符（File Descriptors）？

在 Linux 和 Unix 系统中，文件描述符（File Descriptor，FD） 是进程用于访问文件、管道、套接字、设备等的一种抽象标识符。本质上，它是一个非负整数，用于标识进程打开的文件或 I/O 资源。

1. 什么是文件描述符？

• 每个进程都有一个文件描述符表，存储该进程打开的所有文件或 I/O 资源。
• 文件描述符是进程级别的，每个进程都有自己独立的描述符表。
• 文件描述符从 0 开始分配，默认有三个标准输入/输出/错误：

2. 文件描述符的生命周期

一个文件描述符的生命周期包括：

1. 分配：进程使用 open()、socket()、pipe() 等系统调用打开文件或资源，系统返回一个文件描述符。
2. 使用：进程通过 read()、write()、send()、recv() 等操作读写文件描述符指向的资源。
3. 关闭：进程调用 close(fd) 释放文件描述符，防止资源泄漏。

3. 文件描述符的创建

(1) open() 打开文件

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY); // 以只读模式打开文件
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }
    printf("File Descriptor: %d\n", fd);
    close(fd);
    return 0;
}

• open() 返回的 fd 是进程打开的文件描述符。
• close(fd) 关闭文件，释放描述符。

(2) dup() 和 dup2() 复制文件描述符

• dup(fd)：复制文件描述符，返回新的 FD，指向相同的文件。
• dup2(old_fd, new_fd)：将 new_fd 复制为 old_fd 的副本。

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    int new_fd = dup(fd); // 复制文件描述符
    printf("Original FD: %d, New FD: %d\n", fd, new_fd);
    close(fd);
    close(new_fd);
    return 0;
}

4. 文件描述符的使用

4.1) 标准输入/输出重定向

">" 标准输出重定向

echo "Hello World" > output.txt

">" 使 stdout（文件描述符 1）指向 output.txt，不会输出到终端。

"<" 标准输入重定向

wc -l < input.txt

"<" 让 stdin（文件描述符 0）从 input.txt 读取，而不是键盘输入。

2> 标准错误重定向

ls non_existing_file 2> error.log

2> 让 stderr（文件描述符 2）写入 error.log，不会输出到终端。

&> 同时重定向 stdout 和 stderr

command &> output.log

&> 让 stdout 和 stderr 都写入 output.log。

4.2) pipe() 创建管道

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd[2]; // fd[0] 读端, fd[1] 写端
    pipe(fd);
    
    if (fork() == 0) {
        close(fd[0]); // 子进程关闭读端
        write(fd[1], "Hello", 5);
        close(fd[1]);
    } else {
        close(fd[1]); // 父进程关闭写端
        char buffer[10];
        read(fd[0], buffer, 5);
        buffer[5] = '\0';
        printf("Received: %s\n", buffer);
        close(fd[0]);
    }
    return 0;
}

• pipe(fd) 创建管道，返回 fd[0]（读端）和 fd[1]（写端）。
• 进程通过 read(fd[0]) 读取数据，write(fd[1]) 发送数据。

5. 文件描述符的查看

5.1) ls -l /proc/<PID>/fd/

ls -l /proc/$(pgrep bash)/fd/

查看进程的所有文件描述符。

5.2) lsof 查看进程打开的文件

lsof -p $(pgrep bash)

列出 bash 进程打开的所有文件。

5.3)fuser 查看占用文件的进程

fuser test.txt

列出访问 test.txt 的所有进程。

6. 文件描述符的限制

6.1) 查看系统允许的最大文件描述符

ulimit -n  # 查看单个进程最大文件描述符数
cat /proc/sys/fs/file-max  # 查看系统级最大文件描述符数

6.2) 临时修改文件描述符限制

ulimit -n 100000

6.3) 永久修改文件描述符限制

6.3.1) 修改 /etc/security/limits.conf

echo "* soft nofile 100000" >> /etc/security/limits.conf
echo "* hard nofile 200000" >> /etc/security/limits.conf

6.3.2) 修改 /etc/pam.d/common-session

echo "session required pam_limits.so" >> /etc/pam.d/common-session

echo "DefaultLimitNOFILE=100000" >> /etc/systemd/system.conf

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }
    // 进行文件操作
    close(fd); // 关闭文件，避免文件描述符泄漏
    return 0;
}

wer

学究

程序员和搬砖者，开发研制FPGA开发板和芯片CPU,  奇门遁甲，阴阳五行，周易八卦的学习者