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？
| 文件描述符 | 名称 | 作用 | 默认设备 |
|---|---|---|---|
0 |
标准输入（stdin） | 读取输入数据 | 键盘 |
1 |
标准输出（stdout） | 输出正常信息 | 终端 |
2 |
标准错误（stderr） | 输出错误信息 | 终端 |
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：
- 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。 - 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。 - 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
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
#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。
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 |
#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
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1 |
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
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1 |
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
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1 |
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
|
1 |
command &> output.log |
&> 让 stdout 和 stderr 都写入 output.log。
4.2) pipe() 创建管道
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#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; } |
5. 文件描述符的查看
5.1) ls -l /proc/<PID>/fd/
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1 |
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
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1 |
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
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1 |
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
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1 2 |
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
|
1 |
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
|
1 2 |
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
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