Linux 中的 fd 分配

在 Linux/Unix 系统中，文件描述符（fd）是操作系统为每个打开的文件、套接字或管道分配的 整数编号。

关键概念

1. fd 是进程内全局的

   • 每个进程有自己的 fd 表，fd 是 进程局部编号。
   • 不同进程可以有相同的 fd 编号，但在同一进程内是唯一的。

2. fd 从 0 开始分配

   • 0 → stdin
   • 1 → stdout
   • 2 → stderr
   • 新的 fd 分配为 当前可用的最小整数，关闭的 fd 可以被复用。

3. 动态库不会独立分配 fd

   • 只要在同一进程内调用 open() 或 socket()，fd 都从同一张 fd 表中分配。
   • 与是主程序还是动态库无关。

4. fd 在进程内是全局的：不管是主程序还是动态库，都是同一张表。

5. 关闭的 fd 可以复用：分配总是选择最小可用整数。

6. 跨进程 fd 不共享：不同进程的 fd 编号可以相同，但它们互不干扰。

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实验：主程序和动态库分配 fd

动态库 B (libb.so)

// libb.cpp
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <vector>
#include <iostream>
 
std::vector<int> b_fds;
 
extern "C" void b_open(int n) {
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        int fd = open("/dev/null", O_RDONLY);
        b_fds.push_back(fd);
        std::cout << "[B] opened fd: " << fd << std::endl;
    }
}
 
extern "C" void b_close_all() {
    for (int fd : b_fds) close(fd);
    b_fds.clear();
}

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主程序 A

// main.cpp
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <dlfcn.h>
 
int main() {
    // A Open 3 fd
    for (int i = 0; i < 3; ++i) open("/dev/null", O_RDONLY);
 
    // load B
    void* handle = dlopen("./libb.so", RTLD_LAZY);
    auto b_open = (void(*)(int)) dlsym(handle, "b_open");
    b_open(10); // B 打开 10 个 fd
 
    // A open one more fd
    int fd = open("/dev/null", O_RDONLY);
    std::cout << "[A] opened fd after B: " << fd << std::endl;
 
    dlclose(handle);
    return 0;
}

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运行结果

➜ g++ -fPIC -shared -o libb.so libb.cpp
 
➜ g++ main.cpp -ldl -o main            
 
➜ ./main
[A] opened fd: 3
[A] opened fd: 4
[A] opened fd: 5
[B] opened fd: 6
[B] opened fd: 7
[B] opened fd: 8
[B] opened fd: 9
[B] opened fd: 10
[B] opened fd: 11
[B] opened fd: 12
[B] opened fd: 13
[B] opened fd: 14
[B] opened fd: 15
[A] opened fd after B: 16