类Unix系统中，fd指的啥？

一、文件描述符（File Descriptor）简介

socket的fd指什么？

fd 是(file descriptor)即文件描述符，这种一般是BSD Socket的用法，用在Unix/Linux系统上。fd全称是file descriptor,是进程独有的文件描述符表的索引。

维基百科上介绍：

file descriptors index into a per-process file descriptor table maintained by the kernel, that in turn indexes into a system-wide table of files opened by all processes, called the file table. This table records the mode with which the file (or other resource) has been opened: for reading, writing, appending, and possibly other modes. It also indexes into a third table called the inode table that describes the actual underlying files

简单的说，就是内核为每个进程维护了一个file descriptor table，file descriptor是file descriptor table的索引，file descriptor table的表项又转而可以索引到系统级的file table，file table又可以索引到系统级的inode table，而这个inode table则真正的描述了底层的文件。系统级的file table还记录了每个文件被打开的方式：读、写、追加…。file descriptor table每个进程都有一个，所以fork的会被拷贝。

Linux 系统中，把一切都看做是文件，当进程打开现有文件或创建新文件时，内核向进程返回一个文件描述符，文件描述符就是内核为了高效管理已被打开的文件所创建的索引，用来指向被打开的文件，所有执行I/O操作的系统调用都会通过文件描述符。一个socket句柄，可以看做是一个文件，在socket上收发数据，相当于对一个文件进行读写，所以一个socket句柄，通常也用表示文件句柄的fd来表示。

Linux中一切皆文件，这句话我们都知道，可见文件的重要性，因此文件的管理在Linux中占据了很大比重，那么操作系统怎么管理文件的呢？

要管理一个东西，那么必须经历两个步骤——描述和组织。

当我们打开一个文件时，系统就会生成一个叫做file的结构体，系统正是用这个file结构体来描述单个文件的；既然已经描述了那么就要组织起来了，系统就会用一个数据结构把所有的文件都组织在一起以方便管理，而我们的进程要能访问这些文件，那么这个数据结构也要与进程关联起来。

在Linux中，进程与文件的模型是这样的：

进程的PCB中保存着一个指向文件组织结构的一个指针，而对于每个打开的文件，在文件组织结构的文件指针数组中都会有一个指针指向它，因此进程只要通过files指针访问到fd_array就可以进入打开的文件了。

所以，当我们用open函数打开一个文件时，其过程为：操作系统生成一个新的file结构体来保存这个文件的信息，并在files_struct的文件数组fd_array中生成一个指向这个file结构体的指针，然后向进程返回这个指针的下标值，而这个下标值正是文件描述符fd，在进程中也正是通过这个fd来访问目的文件。所以，fd就是指向所打开文件的指针在files_struct中的数组 fd_array里面的下标值。

必须注意的是files_struct与file都是在内核中存在的。FILE是C库中的文件描述结构体，这是一个用户层次的结构，里面封装了fd，其结构体定义为：

看到这里，我们能知道，C库中的FILE结构体也是通过fd来管理文件的，当C程序用fiopen打开一个文件时，其实质是通过调用open函数来进行操作的。也就是说FILE结构是对fd的封装，而C库中带f的一系列IO函数（如fopen）是对系统调用（如open）的封装。

二、文件描述符、文件、进程间的关系

1.描述：

• 每个文件描述符会与一个打开的文件相对应
• 不同的文件描述符也可能指向同一个文件
• 相同的文件可以被不同的进程打开，也可以在同一个进程被多次打开

2.系统为维护文件描述符，建立了三个表

• 进程级的文件描述符表
• 系统级的文件描述符表
• 文件系统的i-node表

3.通过这三个表，认识文件描述符

• 在进程A中，文件描述符1和30都指向了同一个打开的文件句柄（#23），这可能是该进程多次对执行打开操作
• 进程A中的文件描述符2和进程B的文件描述符2都指向了同一个打开的文件句柄（#73），这种情况有几种可能，1.进程A和进程B可能是父子进程关系;2.进程A和进程B打开了同一个文件，且文件描述符相同（低概率事件=_=）；3.A、B中某个进程通过UNIX域套接字将一个打开的文件描述符传递给另一个进程。
• 进程A的描述符0和进程B的描述符3分别指向不同的打开文件句柄，但这些句柄均指向i-node表的相同条目（#1936），换言之，指向同一个文件。发生这种情况是因为每个进程各自对同一个文件发起了打开请求。同一个进程两次打开同一个文件，也会发生类似情况。

三、文件描述符限制

　　有资源的地方就有战争，“文件描述符”也是一种资源，系统中的每个进程都需要有“文件描述符”才能进行改变世界的宏图霸业。世界需要秩序，于是就有了“文件描述符限制”的规定。

如下表：

永久修改用户级限制时有三种设置类型：

1. soft 指的是当前系统生效的设置值
2. hard 指的是系统中所能设定的最大值
3. - 指的是同时设置了 soft 和 hard 的值

命令讲解:

• ulimit
• sysctl

四、检查某个进程的文件描述符相关内容

步骤(以nginx为例，*注意权限问题，此示例是在本地环境)：

1. 找到需要检查的进程id

ps aux|grep nginx

如图，找到的主进程id为 30802

1.查看该进程的限制

cat /proc/30802/limits

如图，在 Max open files 那一行，可以看到当前设置中最大文件描述符的数量为100001

2.查看该进程占用了多少个文件描述符

如上图所示：使用了17个文件描述符

实际应用过程中，如果出现“Too many open files” , 可以通过增大进程可用的文件描述符数量来解决，但往往故事不会这样结束，很多时候，并不是因为进程可用的文件描述符过少，而是因为程序bug，打开了大量的文件连接（web连接也会占用文件描述符）而没有释放。程序申请的资源在用完后及时释放，才是解决“Too many open files”的根本之道。

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