聊聊 Too Many Open Files 错误导致服务器死循环

0x01 前言

在服务器编程中 ，聊聊经常会遇到 Too many open files 这个报错
，错误而且这个报错如果处理不好，服务很有可能会导致服务器死循环。器死

0x02 示例代码

以上是循环我用rust写的一个非常简单的tcp服务器
，它的聊聊主要逻辑是
，先创建一个listener ，错误然后再在循环里不断调用listener.accept接收tcp连接，服务如果接收成功 ，器死就调用handle_client处理这个连接 ，循环如果接收失败 ，聊聊就打印一行错误日志
。服务器租用错误

handle_client里的服务逻辑也非常简单 ，就是器死等待客户端关闭连接
，或等待其发送任意数据，循环当这两种情况发生时，handle_client就会直接关闭这个连接。

当然 ，如果在等待期间报错了，handle_client也会打印一行错误日志
。

下面我们就会使用这段程序，来演示服务器死循环的情况，这段程序不必非要用rust编写 ，用其他语言也都可以。

测试代码我已经放到github了，免费模板如果想要自己动手测试的 ，可以clone下来自己试下 。

代码地址：https://github.com/ytcoode/too-many-open-files

0x03 动手演示

先启动该服务器 ：

由上图可见，该服务器的进程id是312004，监听地址是0.0.0.0:9999。

再查看下该服务器已打开的文件数
：

一共是10个 ，主要包括标准输入输出、epoll、及一些socket。

再查看下该服务器进程最多可打开的源码库文件数：

看选中行，Soft Limit那一列，其表示该进程最多可用的文件描述符数量为1024个
，即最多可同时打开的文件数为1024个。

我们把它改小一点 ，方便后续测试 ：

上图中，先使用prlimit命令将该服务器进程的Max open files数改成12，然后再用cat命令确认下该改动已生效
。

至此 ，我们已经设置好该服务器进程最多可用的文件描述符数量为12 ，其当前已用的文件描述符数量为10，香港云服务器所以该服务器最多还可以再接收2个tcp连接。

我们用 `ncat localhost 9999` 命令建立连接试一下
，当然你也可以用telnet, nc等其他命令 ，只要能建立tcp连接就行：

由上图服务器日志可见 ，该tcp连接已建立成功。

再看下当前服务器已使用的文件描述符数量：

由上图可见 ，新建socket使用的文件描述符为10 ，当前服务器进程已使用11个文件描述符，到目前为止一切正常。

用同样的命令再建立一个tcp连接，这次应该也能连接成功 ，不过会有一些有意思的事情发生：

首先看上图中最后一行info日志，亿华云它表示第二次tcp连接也建立成功了，如果此时去看文件描述符数量，也正好是12 。

不过此次连接建立也导致不断的error日志输出，该服务器死循环了。

但此时，如果我们关闭第二次ncat命令建立的tcp连接
，服务器又不会一直输出error日志了，它又会恢复到正常状态：

看上图中的最后一条info日志，它表示第二个tcp连接正常关闭了 ，且当前已建立的连接数量是源码下载1。

此时
，如果我们去看文件描述符数量，其也变成了11 ，这里就不再截图了，有兴趣的可以自己动手试下。

0x04 为什么会出现死循环？

首先，在linux的世界里，一切皆文件 ，这里就包括socket。

其次
，linux为保证系统的整体性安全，为每个进程限制了其最大可使用的文件描述符数量，即最大可打开的文件数 ，这个数量就是上面我们用 `cat /proc/$(pidof too-many-open-files)/limits` 命令输出的Max open files行 ，Soft Limit列对应的值，该值是可以通过各种方式修改的，在我的系统上 ，该值默认为1024 。

接着 ，我们启动了服务器，然后通过 `l /proc/$(pidof too-many-open-files)/fd/` 命令查看该服务器已使用的文件描述符数量，其为10。

之后  ，我们用prlimit命令将该服务器进程最大可使用的文件描述符数量改成了12，这样该服务器就还只剩两个文件描述符可用。

再之后
，我们用ncat命令建立了两个tcp连接 ，在服务器端的循环里，accept接收到这两个连接并进行处理，此时该服务器进程消耗完了最后两个可用的文件描述符 。

接下来 ，服务器代码进入下一次循环 ，继续调用accept尝试接收新的连接，问题的关键点也就出现在了这里 。

accept是个系统调用，我们看下其对应的内核实现
：

这个是accept系统调用的入口函数 ，沿着函数调用
，可找到以下代码
：

由上图可见，在真正的do_accept之前，会先调用get_unused_fd_flags找一个还未被使用的文件描述符 ，如果寻找时报错了，即newfd < 0
，则直接返回该错误码给用户层，如果找到了一个可用的文件描述符，则开始执行真正的accept操作。

继续看get_unused_fd_flags函数 ：

它在调用其他函数之前 ，会通过 rlimit(RLIMIT_NOFILE) 获取当前进程最大可使用的文件描述符数量 ，即我们上面通过prlitmit命令设置的12。

继续往下看 ，我们会找到以下代码：

该函数的目的是分配一个文件描述符，即fd ，图中选中行之前是找到一个还未被使用的fd，然后判断该 fd 是否 >= end，如果是，则goto到out
，进而return error，而这个error就是EMFILE。

那end值是什么呢？它就是上面用 rlimit(RLIMIT_NOFILE) 获取的当前进程最大可用的文件描述符数。

结合上面的例子我们知道，当服务器接收完两个tcp连接后
，其最大可使用的12个文件描述符已全部被用完，当其循环到下一次accept系统调用后，会最终进入到上图这个函数 ，这次新分配的fd值一定是12（因为fd值从0开始的，所以fd值为12表示第13个文件描述符），而我们又限制了该进程最大可用12个文件描述符，即我们限制了end值为12
，所以在上图选中行进行判断时，fd 一定是 >= end 的，所以 ，该函数一定会返回EMFILE这个错误码 。

而EMFILE是什么呢？

它就是我们在运行测试程序时看到的 Too many open files 这个错误。

示例程序调用accept收到这个错误码后，会打印一行error日志 ，然后继续循环调用accept ，然后继续报错 ，就这样  ，服务器就在accept这里发生了死循环。

0x05 这个问题如何处理？

因为 too many open files 是个临时性错误 ，当进程中的其他地方关闭了一些文件，或者管理人员调高了该进程的 max open files值，accept就不会再报 EMFILE 错误，也就不会再死循环了。

所以其处理方法也很简单
，就是在accept发生错误时，sleep一段时间，这样既防止了cpu 100%的发生 ，也给进程时间来调整已用及最大的文件描述符数。

0x06 用epoll也会有这个问题吗？

会有，epoll只是个通知机制，当epoll检测到有连接可被接收时
，还是会通过accept来接收这个连接。

不过这里分成两种情况 。

当使用epoll的edge-triggered模式时，正确写法是要一直循环调用accept接收连接，直到其返回 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK 错误码，表示已经没有连接可接收了，这时才能退出accept循环 ，但如果在这之前accept返回了 too many open files 这个错误 ，就会发生死循环了
。

当使用epoll的level-triggered模式时 ，可以不必一直循环调用accept直到其返回EAGAIN 或 EWOULDBLOCK，可以提前退出
，但如果操作系统里还有建立好的连接等待被接收 ，epoll还是会一直通知应用层，告知其要调用accept接收这些连接，如果此时文件描述符没有了 ，accept还是会一直报 too many open files 错误，最终还是进入到了死循环 。

0x07 Go是如何处理的
？

下面我们看下go内置的http服务器 ，是如何处理这个问题的 ：

当accept返回err后 ，其会通过ne.Temporary()来检查该err是否是临时性错误，如果是，则会根据一定的规则，sleep一段时间。

这里，临时性错误就包括 EMFILE ，即too many open files错误：

我们也可以写个简单的例子测试下
：

按照之前的方式 ，让其触发 too many open files 这个错误：

由图可见，和我们上面分析的一样 ，其也陷入了死循环
，但是它用sleep的方式，防止cpu使用率100%
。

0x08 Redis是如何处理的 ？

下面我们看下redis是如何处理这个问题的
：

当anetTcpAccept返回 too many open files 错误时，它只打印了一行错误日志 ，就直接return了。

不过因为redis使用的是level-triggered模式的epoll，所以虽然这里直接return了，但因为底层的连接没接收出来，epoll一直会调用这个函数，然后一直报错，进而死循环。

实验下：

可以看到，其一直在输出这个错误 。

0x09 结语

希望通过这篇文章，能给大家的技术水平带来一点提高 。