文件描述符到底是啥？

在平时的 Android 开发中，你与文件描述符打过交道吗？一些知识点会涉及到文件描述符，比如：

mmap 函数的文件描述符参数
epoll 机制对文件描述符的限制

这时，如果让你说说对文件描述符的了解，你能回答上来吗？

不了解也没关系，集中注意力，我们一起来搞定它！

基础概念

Linux 中一切都可以看作文件，包括普通文件、链接文件、Socket 以及设备驱动等，对其进行相关操作时，都可能会创建对应的文件描述符。

文件描述符（file descriptor）是内核为了高效管理已被打开的文件所创建的索引，用于指代被打开的文件，对文件所有 I/O 操作相关的系统调用都需要通过文件描述符。

与文件的关系

下图为 Linux 系统中的三种表：

进程级别的文件描述符表：内核为每个进程维护一个文件描述符表，该表记录了文件描述符的相关信息，包括文件描述符、指向打开文件表中记录的指针。

系统级别的打开文件表：内核对所有打开文件维护了一个进程共享的打开文件描述表，表中存储了处于打开状态文件的相关信息，包括文件类型、访问权限、文件操作函数(file_operations)等。

系统级别的 i-node 表：i-node 结构体记录了文件相关的信息，包括文件长度，文件所在设备，文件物理位置，创建、修改和更新时间等，"ls -i" 命令可以查看文件 i-node 节点

查看文件描述符资源

文件描述符是一种系统资源，可以通过以下命令来查看文件描述符的上限：

script

#查看所有进程允许打开的最大 fd 数量
126|generic_x86:/ # cat /proc/sys/fs/file-max
174139

#查看所有进程已经打开的 fd 数量以及允许的最大数量
generic_x86:/ # cat /proc/sys/fs/file-nr
11040   0       174139

#查看单个进程允许打开的最大 fd 数量.
generic_x86:/ # ulimit -n
32768

也可以查看某进程当前已使用的 fd ：

script

#查看某进程（进程 id 为 15077）已经打开的 fd
generic_x86:/ # ls -l /proc/15077/fd/
total 0
lrwx------ 1 u0_a136 u0_a136 64 2020-04-15 23:04 0 -> /dev/null
lrwx------ 1 u0_a136 u0_a136 64 2020-04-15 23:04 1 -> /dev/null
lrwx------ 1 u0_a136 u0_a136 64 2020-04-15 23:04 35 -> /dev/binder
lrwx------ 1 u0_a136 u0_a136 64 2020-04-09 01:01 44 -> socket:[780404]
lrwx------ 1 u0_a136 u0_a136 64 2020-04-15 23:04 55 -> /dev/ashmem
lrwx------ 1 u0_a136 u0_a136 64 2020-04-15 23:04 60 -> /dev/ashmem
...

上图中是一个 Android 应用进程，所以能看到 ashmem、binder 等 Android 特有设备文件相关的 fd 。

文件描述符的上限

来看一个实际打开磁盘文件的例子：

1
2

File file = new File(getCacheDir(), "testFdFile");
FileOutputStream out = new FileOutputStream(file);

执行上面代码后会申请一个对应的 fd：

script

# ls -l /proc/{pid}/fd/
...
l-wx------ u0_a55   u0_a55  2020-04-16 00:24 995 ->
                /data/data/com.example.test/cache/testFdFile
...

实际开发中，可能会遇到 fd 资源超过上限导致的 "Too many open files" 之类的问题，一般都是因为没有及时释放掉 fd，比如上面代码中 FileOutputStream 没有关闭，若循环执行超过单个进程允许打开的最大 fd 数量，程序就会出现异常。

END

文件描述符到底是啥？

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