彻底搞懂文件描述符fd
什么是文件？
Linux 下，一切皆文件
在Linux操作系统中，可以将一切都看作是文件，包括普通文件，目录文件，字符设备文件（如键盘，鼠标…），块设备文件（如硬盘，光驱…），套接字等等，所有一切均抽象成文件，提供了统一的接口，方便应用程序调用
文件描述符
既然在Linux操作系统中，你将一切都抽象为了文件，那么对于一个打开的文件，我应用程序怎么对应上呢？
文件描述符应运而生
文件描述符：File descriptor,简称fd，当应用程序请求内核打开/新建一个文件时，内核会返回一个文件描述符用于对应这个打开/新建的文件，其fd本质上就是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。但是文件描述符这一概念往往只适用于UNIX、Linux这样的操作系统。
内核
操作系统的核心叫内核，是一个独立的软件
操作系统为每一个进程维护了一个文件描述符表，该表的索引值都从从0开始的，所以在不同的进程中可以看到相同的文件描述符，这种情况下相同的文件描述符可能指向同一个文件，也可能指向不同的文件，具体情况需要具体分析，下面用一张简图就可以很容易的明白了
| | linux:一切皆文件,把一切抽象为文件
| 提供给程序访问文件的接口 |
程序可以访问接口| |
通过上图可以看到，当不同进程中出现相同的文件描述符时，可能实际对应的文件并不是同一个，相反不同进程中不同的文件描述符也可可能对应同一个文件
当一个应用程序刚刚启动的时候，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误。如果此时去打开一个新的文件，它的文件描述符会是3。POSIX标准要求每次打开文件时（含socket）必须使用当前进程中最小可用的文件描述符号
文件描述符限制
文件描述符是一个重要的系统资源，理论上系统内存多大就应该可以打开多少个文件描述符，但是实际情况是，内核会有系统级限制，以及用户级限制（不让某一个应用程序进程消耗掉所有的文件资源，可以使用ulimit -n 查看）
文件描述符唯一性
进程 + 文件描述符ID确认，因为内核为每个进程都有一份其所属的文件描述符表
对应关系
应用程序进程拿到的文件描述符ID == 进程文件描述符表的索引，通过索引拿到文件指针，指向系统级文件描述符表的文件偏移量，再通过文件偏移量找到inode指针，最终对应到真实的文件
文件描述符（File Descriptor）简介
维基百科:文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。
一、文件描述符概念
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。
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
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不同的文件描述符也可能指向同一个文件
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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
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进程级的文件描述符表
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系统级的文件描述符表
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文件系统的i-node表 (转到：阮一峰——理解inode)
3.通过这三个表，认识文件描述符
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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。
前人的思考，我们的阶梯，这部分参考自网络：链接
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：
-
soft指的是当前系统生效的设置值 -
hard指的是系统中所能设定的最大值 -
-指的是同时设置了 soft 和 hard 的值
命令讲解:
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)：
-
找到需要检查的进程id
如图，找到的进程id为 1367
-
查看该进程的限制
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1024
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查看该进程占用了多少个文件描述符
如图所示，使用了17个文件描述符
总结
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。