linux文件句柄详解

附上两篇值得参考的博客：

https://blog.csdn.net/zhengzhaoyang122/article/details/140242801

https://developer.aliyun.com/article/617809

在linux系统中，文件句柄（File Handle） 是 Linux 系统中用于标识和管理打开文件的整数索引。每个打开的文件、socket、管道等都占用一个文件句柄。

linux中一切皆文件，所以了解文件句柄是相当重要的。

一、文件句柄与文件描述符

文件句柄数，定义为单个进程能够同时打开和管理的文件句柄的最大数量。这一限制对于系统资源的合理分配与防止滥用至关重要。

在Linux系统中，每个进程都有一个文件描述符表，它是一个数组，用来保存该进程打开的文件句柄。每个文件描述符都是一个非负整数，代表了对应文件句柄在文件描述符表中的索引。通常情况下，标准输入、标准输出和标准错误对应的文件描述符分别为0、1、2。

文件句柄在Linux系统中的使用非常灵活，通过文件句柄，我们可以对文件进行各种操作，如读取文件内容、写入数据到文件、关闭文件等。在编程中，开发人员可以通过系统调用来获取文件句柄，并通过文件句柄来进行文件操作。

文件句柄还可以用来进行进程间通信。比如通过管道或者socket来传输数据。在这种情况下，文件句柄可以跨进程传递，实现进程间的数据共享。

二、文件句柄与文件描述符的关系

在Linux系统中，文件描述符和文件句柄是两个密切相关但概念不同的实体。文件描述符是用户空间对文件句柄的引用，它是一个非负整数，用作fdtable（进程打开文件表）中的索引。而文件句柄则是内核空间中的实际对象，包含了文件的详细信息和状态。用户空间的操作通常通过文件描述符来间接引用和操作文件句柄。

三、文件句柄限制层级

1.进程级限制

ulimit -n，单个进程可打开的最大句柄上限

bash 复制代码

[root@test ~]# ulimit -n
65535

2.用户级限制

/etc/security/limits.conf，单个用户可打开句柄上限

bash 复制代码

[root@test ~]# cat /etc/security/limits.conf
#对root用户生效
root soft nofile 655350
root hard nofile 655350

#对所有用户生效
* soft nofile 655350    #软限制，触发会告警
* hard nofile 655350    #硬限制，触发会禁止再生成fd

3.系统级限制

/proc/sys/fs/file-max，所有进程句柄总和上限

bash 复制代码

[root@test ~]# cat /proc/sys/fs/file-max
1755090
[root@test ~]# cat /proc/sys/fs/file-nr
1728    0       1755090    
#含义：
已分配    未释放    最大值

举个栗子

nginx的配置文件如下：

bash 复制代码

[root@test ~]# !vim
vim /opt/web_app/nginx-1.16.1/conf/nginx.conf

user  nginx;
worker_processes  2;

#error_log  logs/error.log;
#error_log  logs/error.log  notice;
#error_log  logs/error.log  info;

#pid        logs/nginx.pid;


events {
    use epoll;
    worker_connections  60000;
}

#nginx进程信息
[root@test ~]# ps -ef | grep 32202
nginx     3933 32202  0 18:01 ?        00:00:00 nginx: worker process
nginx     3934 32202  0 18:01 ?        00:00:00 nginx: worker process
root      9813 24528  0 18:10 pts/3    00:00:00 grep --color=auto 32202
root     32202     1  0 Feb28 ?        00:00:00 nginx: master process /opt/web_app/nginx-1.16.1/sbin/nginx

nginx用户有三个进程，其中master进程1个，worker进程有两个。按照进程级别的限制，那么每个进程能处理的最多的socket就是65535个，但nginx的event里面限制了60000，那就是选择最小值，这里理论上1个worker能处理60000个链接。有2个worker，所以理论上nginx用户最多能处理12万个链接。同时12万并没有超过用户级限制的655350，所以理论成立。

四、各功能消耗量

场景	文件句柄消耗
打开文件	1 个文件 = 1 个句柄
TCP 连接	1 个连接 = 2 个句柄 (收发)
数据库连接	每个连接消耗多个句柄
高并发服务	成千上万个并发连接

句柄耗尽后果：

Too many open files 错误
服务无法接受新连接
数据库连接失败
日志无法写入

五、实际限制因素

在配置文件句柄理论限制参数后，系统最大文件句柄数实际上是受到硬件和内存的限制的。

内存与句柄关系：每个文件句柄消耗约 1KB 内核内存

建议：句柄数 ≤ 可用内存 (GB) × 100 万

系统级限制可参考一下计算公式进行配置：

复制代码

最大句柄数 ≈ 可用内存 (GB) × 100 万 × 安全系数 (0.5-0.8)