Linux套接字的文件描述符是否总是按递增顺序排列？

Question

我在C/linux中有一个socket服务器。每次创建新的socket时，会分配一个文件描述符。我想用这些FD作为每个客户端的唯一标识。如果它们保证始终按升序分配（在我运行的Ubuntu上是这样），那么我可以将它们用作数组索引。

问题是：从Linux sockets分配的文件描述符是否保证始终按升序分配？

- Josh Brittain

Answer 1

让我们来看一下这个是如何在内部工作的（我使用的是4.1.20内核）。在Linux中，文件描述符的分配方式是通过__alloc_fd进行的。当您执行open系统调用时，会调用do_sys_open。此例程从get_unused_fd_flags获取一个空闲的文件描述符：

long do_sys_open(int dfd, const char __user *filename, int flags, umode_t mode)
{ 
    ...
    fd = get_unused_fd_flags(flags);
    if (fd >= 0) {
        struct file *f = do_filp_open(dfd, tmp, &op);

get_unused_d_flags 调用 __alloc_fd 设置最小和最大 fd：

int get_unused_fd_flags(unsigned flags)
{
    return __alloc_fd(current->files, 0, rlimit(RLIMIT_NOFILE), flags);
}

__alloc_fd函数获取进程的文件描述符表，并获取下一个可用的文件描述符next_fd，实际上是从上一次运行时设置的：

int __alloc_fd(struct files_struct *files,
           unsigned start, unsigned end, unsigned flags)
{
    ...
    fd = files->next_fd;
    ...
    if (start <= files->next_fd)
        files->next_fd = fd + 1;

因此，您可以看到文件描述符确实会单调增长......直到某个点。当fd达到最大值时，__alloc_fd将尝试查找最小的未使用的文件描述符：

if (fd < fdt->max_fds)
    fd = find_next_zero_bit(fdt->open_fds, fdt->max_fds, fd);

到了这一点，文件描述符将不再单调递增，而是会跳跃地寻找空闲的文件描述符。如果表已经满了，它将被扩展：

error = expand_files(files, fd);

在这一点上，它们将会重新单调地增长。

希望这能帮到您。

- Jay Medina

Answer 2

FD在socket的生命周期内保证唯一。所以理论上，您可能可以将FD用作客户端数组的索引。但是，我要提出至少两个原因来警告您不要这样做：

• 正如已经说过的那样，无法保证FD将被单调地分配。 accept（）有权返回高编号的FD，这将使您的数组变得低效。 回答您的问题：不，不能保证它们单调递增。

• 您的服务器很可能会拥有许多其他打开的FD - 包括标准输入，标准输出和标准错误输出 - 因此，您的数组会浪费空间。

我建议使用其他方式将FD映射到客户端。实际上，除非您需要处理数千个客户端，否则搜索客户端列表应该很好 - 这不是您需要频繁执行的操作。

- richvdh

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另外，套接字（和文件描述符）是一种宝贵的资源，当不再需要时应该释放（即“关闭”）。一个典型的Linux进程通常只能拥有几千个fd（该限制可以提高）。如果您的应用程序将关闭一个fd，则内核可能会稍后重新分配它...因此从长远来看，fd并没有单调分配... - Basile Starynkevitch

谢谢。服务器代码旨在为几千个用户提供服务。线性搜索并不是真正可行的。我本质上是在尝试高效地解决设计和数据结构问题。我的帖子在这里：http://stackoverflow.com/questions/9373739/what-is-the-fastest-way-to-find-an-integer-in-an-array。顺便说一句，有人把我的帖子标题改成了一些愚蠢的东西。 - Josh Brittain

总之，我需要将用户组织成15个一组，然后快速确定用户所在的组。我能想到的唯一方法是双重哈希，首先根据userID进行哈希，然后再根据groupID进行第二次哈希。 - Josh Brittain

Answer 3

不要依赖文件描述符的单调性。始终通过地址:端口对引用远程系统。

- Ignacio Vazquez-Abrams

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你能详细解释一下吗？FD（文件描述符）不保证唯一吗？如果它们不是唯一的，那么在等待FD的I/O时是否会导致错误？ - Josh Brittain

@Josh Brittain：当有人使用Cygwin或其他移植层将你的软件移植到Windows时会发生什么？请记住，这个人可能就是你自己。使用哈希表，因为fd必须是唯一的才能正常工作。 - JimR

谢谢JimR。我正在考虑哈希表，认为这可能更好。看来我又回到了散列 :) - Josh Brittain