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(biāo)準(zhǔn)輸入：/dev/stdin、標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)然也可以指向其他設(shè)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(jìn)程都可以調(diào)用系統(tǒng)open函數(shù)，或者建立新的網(wǎng)絡(luò)連接來創(chuàng)建文件描述符，而這些文件描述符都屬于該進(jìn)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(jìn)程，可以看看這二者之間的差別。

進(jìn)程產(chǎn)生的文件描述符

關(guān)于進(jìn)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(jìn)程的pid，而后在當(dāng)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(jìn)行close操作，也就是說，文件句柄還在進(jìn)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(jìn)程創(chuàng)建文件描述符號，首先進(jìn)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(jìn)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(rèn)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(jìn)程的，其他進(jìn)程是無法直接使用的，也需要調(diào)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(jìn)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(dāng)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(dāng)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(guān)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(jìn)程查看該目錄會得到不一樣的結(jié)果，即：該目錄下的句柄，只能創(chuàng)建該句柄的進(jìn)程所使用，其他進(jìn)程均無法使用。

向文件描述符寫入數(shù)據(jù)

使用重定向?qū)懭雰?nèi)容，比如上面文件描述符id為3，即：

echo "123" >& 3

注意，>&是一個關(guān)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(biāo)準(zhǔn)錯誤的數(shù)據(jù)寫入到對應(yīng)的文件描述符中，需要用到2>&關(guān)鍵字，即：

abcd 2>& 3

都知道沒有abcd這個命令，所以解釋權(quán)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(guān)鍵字可以讀取文件描述符的內(nèi)容，比如：

cat <& 3

可以讀取文件描述符id為3的內(nèi)容，但是實際執(zhí)行后，你會發(fā)現(xiàn)，什么內(nèi)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(nèi)容的時候，已經(jīng)同步將指針移動了到了最后，所以在讀取的時候，什么內(nèi)容也沒有。需要重置offset為開頭，即重新設(shè)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(nèi)容了。

關(guān)閉文件描述符

使用如下命令可以關(guān)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(guān)閉后，/dev/fd/文件中就沒有相關(guān)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(quán)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(quán)限為-wx，只有寫和執(zhí)行權(quán)限，沒有讀權(quán)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(quán)限只有讀和執(zhí)行權(quán)限，沒有寫權(quán)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(fù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)程運行，上述定義的是2個，而后定義了10個進(jìn)程來同時運行，使用read -u來讀取文件描述符指向文件的內(nèi)容，并且寫入id變量，當(dāng)read讀取不到管道數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的時候，會阻塞當(dāng)前進(jìn)程，由于提前寫入了2個數(shù)據(jù)，所以，只允許2個進(jìn)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(guān)閉文件描述符，刪除管道文件。

所以上述腳本執(zhí)行結(jié)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(wù)在同時運行。

總結(jié)

在linux中，每個進(jìn)程打開文件、建立網(wǎng)絡(luò)連接，其實都是在文件描述符中增加相應(yīng)的id，若超過系統(tǒng)設(shè)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(guān)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(jìn)行文件描述符讀取操作：

<&3

進(jìn)行文件描述符寫入操作：

>&3

最后是關(guān)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(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Linux自定義文件描述符的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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