Linux自定義文件描述符的操作指南
簡單回顧文件描述符和重定向
在linux系統(tǒng)中，為每一個程序都定義了3個文件描述符，分別是標準輸入：/dev/stdin、標準輸出：/dev/stdout和錯誤輸入：/dev/stderr，如果用文件描述符id表示，則從前到后分別是0、1、2。
在linux系統(tǒng)中，可以通過查詢/proc/進程pid/fd下的0、1、2軟連接文件，可以查看文件描述符的具體指向。
# ls -l /proc/$$/fd total 0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 22:54 0 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 22:54 1 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 22:54 2 -> /dev/pts/0 #
在程序初始運行中，系統(tǒng)會為分配這個3個文件描述符指向的設備或者文件,比如在上述例子中，都指向虛擬終端/dev/pts/0，而重定向則是修改文件描述符的指向，比如將標準輸出指向到某個文件，而后續(xù)程序輸出則會寫到這個文件中，當然也可以指向其他設備。
除此之外，還能額外創(chuàng)建其他的文件描述符。
自定義文件描述符的基本操作
在系統(tǒng)中，任何進程都可以調用系統(tǒng)open函數(shù)，或者建立新的網絡連接來創(chuàng)建文件描述符，而這些文件描述符都屬于該進程自己。而在linux中，同樣也可以創(chuàng)建文件描述符，而該文件描述符依然屬于該進程，可以看看這二者之間的差別。
進程產生的文件描述符
關于進程創(chuàng)建文件描述符，舉一個最簡單的例子，比如我們編寫如下的一段go代碼：
package main
import (
"fmt"
"net"
"os"
"time"
)
func main() {
fmt.Println("pid: ", os.Getpid())
for i := 0; i < 10; i++ {
_, err := os.Create(fmt.Sprintf("file_%d", i))
if err != nil {
fmt.Println("open error", err)
}
}
net.Dial("tcp", "192.168.1.1:22")
net.Dial("tcp", "192.168.1.2:80")
time.Sleep(time.Hour * 1)
}
上述代碼，首先打印了進程的pid，而后在當前目錄下新建了file_0到file_9這10個文件，創(chuàng)建了的文件都沒有進行close操作，也就是說，文件句柄還在進程中，然后使用net庫創(chuàng)建了2個tcp連接，這是還是沒有close操作，最后使用sleep睡眠了1個小時。
測試一下進程創(chuàng)建文件描述符號，首先進行編譯：
go build -o fdtests
而后執(zhí)行該可執(zhí)行文件：
# ./fdtests pid: 1362
得到了pid之后，新開一個終端，查看該進程的fd信息。
# ls -l /proc/1362/fd/ total 0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 0 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 1 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 10 -> /root/file_5 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 11 -> /root/file_6 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 12 -> /root/file_7 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 13 -> /root/file_8 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 14 -> /root/file_9 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 15 -> socket:[22365] lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 16 -> socket:[22366] lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 2 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 3 -> /root/file_0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 4 -> anon_inode:[eventpoll] lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 5 -> anon_inode:[eventfd] lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 6 -> /root/file_1 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 7 -> /root/file_2 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 8 -> /root/file_3 lrwx------. 1 root root 64 Jun 4 23:45 9 -> /root/file_4 #
通過上面的例子，可以看到眾多的文件句柄，其中0、1、2分別是系統(tǒng)創(chuàng)建的默認的句柄，還可以看到指向文件file_*的句柄，以及2個socket句柄，是最后的2個tcp連接。其中有2個特殊的句柄anon_inode，這個暫不討論。
上述這些句柄都是屬于進程的，其他進程是無法直接使用的，也需要調用系統(tǒng)open函數(shù)來實現(xiàn)自己的句柄才行。
使用命令創(chuàng)建的文件描述符
在linux中，會為每一個進程都分配0、1、2 這三個文件描述符，包括使用的終端，而自定義的文件描述符必須從3開始，而linux建議使用3到9這幾個文件描述符，當然，這只是建議，你可以不遵守，只要創(chuàng)建的文件描述符id不超過系統(tǒng)允許最大的值即可，在linux系統(tǒng)中使用如下命令查詢允許最大的文件描述符：
ulimit -n
當然也可以動態(tài)修改它，比如將其修改為65535，只需要在n的后面添加即可：
ulimit -n 65535
創(chuàng)建文件描述符
在linux中，創(chuàng)建一個可讀可寫的文件描述符，使用<>關鍵字即可，例如：
exec 3<>/root/a.log
如上命令創(chuàng)建了一個可讀可寫的文件描述符3，指向/root/a.log，在linux中創(chuàng)建的文件描述符是在/dev/fd目錄中，例如：
# ls -l /dev/fd/ total 0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 5 23:47 0 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 5 23:47 1 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 5 23:47 2 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 5 23:47 3 -> /root/a.log lr-x------. 1 root root 64 Jun 5 23:47 4 -> /proc/1852/fd #
注意，該目錄/dev/fd是一個虛擬目錄，不同的進程查看該目錄會得到不一樣的結果，即：該目錄下的句柄，只能創(chuàng)建該句柄的進程所使用，其他進程均無法使用。
向文件描述符寫入數(shù)據(jù)
使用重定向寫入內容，比如上面文件描述符id為3，即：
echo "123" >& 3
注意，>&是一個關鍵字，表示向文件描述符寫入數(shù)據(jù)，而3則表示文件描述符id，注意：沒有>>&這種寫法，這種寫法是錯誤的。
如果要將一個標準錯誤的數(shù)據(jù)寫入到對應的文件描述符中，需要用到2>&關鍵字，即：
abcd 2>& 3
都知道沒有abcd這個命令，所以解釋權會向錯誤輸出報錯找不到命令，使用2>&將該報錯寫入到文件描述符id為3中。
文件描述符讀取數(shù)據(jù)
使用<&關鍵字可以讀取文件描述符的內容，比如：
cat <& 3
可以讀取文件描述符id為3的內容，但是實際執(zhí)行后，你會發(fā)現(xiàn)，什么內容都沒有，如：
# cat <& 3 #
這是因為linux中有一個叫做文件指針的概念（offset），在向該文件描述符寫入內容的時候，已經同步將指針移動了到了最后，所以在讀取的時候，什么內容也沒有。需要重置offset為開頭，即重新設置一下文件描述符：
# exec 3<>/root/a.log # cat <& 3 123 -bash: abcd: command not found #
如下即可讀取到文件描述符指向文件的內容了。
關閉文件描述符
使用如下命令可以關閉id為3的文件描述符：
exec 3>&-
其中，3>&-不能有任何空格，否則會報錯。
關閉后，/dev/fd/文件中就沒有相關文件的文件描述符了。
# ls -l /dev/fd/ total 0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 5 23:49 0 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 5 23:49 1 -> /dev/pts/0 lrwx------. 1 root root 64 Jun 5 23:49 2 -> /dev/pts/0 lr-x------. 1 root root 64 Jun 5 23:49 3 -> /proc/1293/fd #
創(chuàng)建只讀、只寫文件描述符
上述是創(chuàng)建了一個可讀寫的文件測試服，文件指針會隨著寫入變化而變化，linux還允許創(chuàng)建只讀、只寫的文件描述符，比如：
創(chuàng)建只寫文件描述符id為5，指向文件/root/a1.log，命令如下：
# exec 5> /root/a1.log
可以使用查看/dev/fd/5權限，如下：
# ls -l /dev/fd/5 l-wx------. 1 root root 64 Jun 5 23:49 /dev/fd/5 -> /root/a1.log #
其中它的權限為-wx，只有寫和執(zhí)行權限，沒有讀權限。
所以，若讀取的話，會報錯：
# cat <& 5 cat: -: Bad file descriptor #
創(chuàng)建只讀文件描述符id為6，同樣指向文件/root/a1.log，命令如下：
# exec 6< /root/a1.log
同樣的，該文件權限只有讀和執(zhí)行權限，沒有寫權限。
# ls -l /dev/fd/6 lr-x------. 1 root root 64 Jun 5 23:47 /dev/fd/6 -> /root/a1.log #
這個時候使用文件描述符5來寫數(shù)據(jù)，使用文件描述符6來去讀數(shù)據(jù)。
# echo '123' >& 5 # cat <& 6 123 # cat <& 6 #
讀取完成后，文件指針會移動到讀取后的位置，所以重復讀取是沒有用的。
文件描述符小例子
使用命名管道來限制多進程同時執(zhí)行，代碼如下：
#!/bin/bash
mkfifo pipe
exec 3<>./pipe
for i in $(seq 2)
do
echo "${i}" >&3
done
for i in $(seq 10)
do
{
read -u 3 id
echo id: ${id} time: $(date +"%F %T") id: ${i}
sleep 3
echo ${id} >&3
}&
done
exec 3>&-
wait
rm -f pipe
echo "done"上述腳本利用了管道來限制多進程同時執(zhí)行，首先使用mkdifo是用來創(chuàng)建管道，而后定義了一個文件描述符id為3來指向該管道文件，第一個for循環(huán)表示允許同時最多幾個進程運行，上述定義的是2個，而后定義了10個進程來同時運行，使用read -u來讀取文件描述符指向文件的內容，并且寫入id變量，當read讀取不到管道數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的時候，會阻塞當前進程，由于提前寫入了2個數(shù)據(jù)，所以，只允許2個進程同時運行，并且執(zhí)行完畢后，將id重新寫入到管道中，以便實現(xiàn)循環(huán)讀取。最后關閉文件描述符，刪除管道文件。
所以上述腳本執(zhí)行結果如下：
[root@localhost bash]# bash fd_test.sh id: 1 time: 2025-06-05 23:47:46 id: 7 id: 2 time: 2025-06-05 23:47:46 id: 3 id: 1 time: 2025-06-05 23:47:49 id: 2 id: 2 time: 2025-06-05 23:47:49 id: 4 id: 1 time: 2025-06-05 23:47:52 id: 6 id: 2 time: 2025-06-05 23:47:52 id: 5 id: 1 time: 2025-06-05 23:47:55 id: 1 id: 2 time: 2025-06-05 23:47:55 id: 8 id: 1 time: 2025-06-05 23:47:58 id: 10 id: 2 time: 2025-06-05 23:47:58 id: 9 done [root@localhost bash]#
可以通過輸出發(fā)現(xiàn)，同一時間只有2個任務在同時運行。
總結
在linux中，每個進程打開文件、建立網絡連接，其實都是在文件描述符中增加相應的id，若超過系統(tǒng)設置的值，則會報錯Too many open files。
在linux中，可以手動指定文件描述符，相關操作如下，比如創(chuàng)建id為3的文件描述符各項操作：
創(chuàng)建只讀的文件描述符：
exec 3<filename
創(chuàng)建只寫的文件描述符：
exec 3>filename
創(chuàng)建可讀寫的文件描述符：
exec 3<>filename
進行文件描述符讀取操作：
<&3
進行文件描述符寫入操作：
>&3
最后是關閉文件描述符：
3>&-
最后介紹了一個小例子，使用文件描述符配合管道來實現(xiàn)控制shell腳本的同時運行。
以上就是Linux自定義文件描述符的操作指南的詳細內容，更多關于Linux自定義文件描述符的資料請關注腳本之家其它相關文章！
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