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从ulimit命令看Linux进程资源限制

从ulimit命令看Linux进程资源限制

2025-08-26 cgroup 与安全 ulimit资源限制
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大家好，这里是物联网心球。 ulimit是我们经常会使用到的命令，这个命令对Linux性能优化很有帮助。那么，当我们执行ulimit命令时，系统都做了哪些工作？今天我们来一探究竟。

1.进程资源限制表

在Linux系统中，进程资源限制rlimit（Resource Limit，资源限制）是一套完善的管理机制。它用于控制进程可以使用的系统资源数量，以防止某个进程过度消耗资源而影响系统的整体性能和稳定性。

每个进程的task_struct结构体中包含 struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS]数组（进程资源限制表），RLIM_NLIMITS为16，表示进程限制资源类型最多为16种，见表1。

从ulimit命令看Linux进程资源限制 图1

表1 进程资源限制表

资源限制的数据结构为struct rlimit，定义如下：

struct rlimit {
    rlim_t rlim_cur; /* 软限制（Soft limit）*/
    rlim_t rlim_max; /* 硬限制（Hard limit）*/
};

  • rlim_cur：软限制值，进程实际可用的资源阈值，用户进程可自行调低或调高（不能超过硬限制）。

  • rlim_max：硬限制值，是软限制的上限，只有特权进程（如root用户创建的进程） 可提高。普通进程仅能降低硬限制，且调整后不可逆。

通过cat /proc/<pid>/limits命令可直观展示进程资源限制表，输出如下：

从ulimit命令看Linux进程资源限制 图2

2.进程资源限制表从何而来

如图1所示，Linux系统在启动时，会通过共同祖先进程（1号进程）繁衍出家族进程。

从ulimit命令看Linux进程资源限制 图3

图 1 进程资源限制的来源

当用户登录时，系统会创建sshd或login进程。创建进程的过程中，会解析limits.conf文件获取资源限制相关的配置信息，并通过setrlimit等系统调用设置进程资源限制表。父进程创建子进程时，子进程会继承父进程的进程资源限制表。如果父进程通过setrlimit系统调用修改了资源限制表，那么其子进程也会跟着修改。

如果修改了limits.conf文件，用户下次登录时，进程的资源限制表也将被修改。

为了验证上述想法的正确性，我们可以先启动一个测试程序，再通过pstree -p命令查看Linux系统进程树，最后通过cat /proc/<pid>/limits命令比较家族进程的资源限制表。

启动测试程序rlimit_test，通过pstree -p查看系统进程树，如下：

从ulimit命令看Linux进程资源限制 图4

注意，括号内数值为进程pid。通过cat /proc/<pid>/limits查看进程资源限制表。

3.管理进程资源限制

内核创建进程时，会复制父进程task_struct结构的rlim数组至子进程，这个过程由内核默默完成，用户程序是没有感知的。用户程序想要查看和修改进程资源限制表，需要通过特定系统调用完成，如setrlimit、getrlimit、prlimit。

setrlimit用于设置当前进程的资源限制，getrlimit用于获取当前进程的资源限制，prlimit用于动态查询或修改运行中进程的资源限制。

三者定义如下：

#include<sys/resource.h>
int getrlimit(int resource, struct rlimit *rlim);
int setrlimit(int resource, const struct rlimit *rlim);
int prlimit(pid_t pid, int resource, const struct rlimit *new_limit, struct rlimit *old_limit);

参数说明：

  • resource：资源类型，见表1。

  • struct rlimit：限制值。

prlimit 特有参数：

  • pid：目标进程ID（0表示当前进程）。

  • new_limit：指向struct rlimit类型的指针，用于指定新的资源限制，如果为NULL，则表示不设置新的限制。

  • old_limit：指向struct rlimit类型的指针，用于存储当前的资源限制，如果为NULL，则表示不获取当前限制。

返回值：成功返回0；失败返回-1，并设置errno。

示例代码如下：

#define SOFT (10000)
#define HARD (2 * 1024 * 1024)

void getrlimit_test(){
    struct rlimit old = {0};
    int ret = getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &old);
    if (ret == -1) {
        return;
    }
    printf("rlim_cur:%lu, rlim_max:%lu\n", old.rlim_cur, old.rlim_max);
}

void setrlimit_test(){
    struct rlimit new = {.rlim_cur = SOFT, .rlim_max = HARD};
    int ret = setrlimit(RLIMIT_NOFILE, &new);
    if (ret == -1) {
        return;
    }
}

void prlimit_test(){
    struct rlimit new = {.rlim_cur = SOFT, .rlim_max = HARD};
    struct rlimit old = {0};
    int ret = prlimit(0, RLIMIT_NOFILE, &new, &old);
    if (ret == -1) {
        return;
    }
    printf("rlim_cur:%lu, rlim_max:%lu\n", old.rlim_cur, old.rlim_max);
}

注意，用户程序不管是使用哪种方式（如ulimit、prlimit命令）设置和获取进程资源限制表，最终都是调用以上几种系统调用。下面，我们来介绍一下设置进程资源限制表的原理，如图2所示。

从ulimit命令看Linux进程资源限制 图5

图2 进程限制资源管理

用户程序调通过setrlimit系统调用设置进程资源限制。内核会对用户指定的新的限制值进行有效性判断。

首先，判断软限制是否大于硬限制，如果前者大于后者，setrlimit将返回失败，错误码：EINVAL（“Invalid argument”）。

如果资源类型为RLIMIT_NOFILE（进程可打开的文件描述符最大数量），则需要判断硬限制是否大于sysctl_nr_open。如果进程硬限制大于sysctl_nr_open，setrlimit将返回失败，错误码：EPERM（“Operation not permitted”）。

如果是普通用户，新的硬限制值不能大于旧的硬限制值。普通用户是没有权限调高进程硬限制值的，如果前者大于后者，setrlimit将返回失败，错误码：EPERM（“Operation not permitted”）。

新的限制值的有效性判断完之后，内核会将新的限制值同步至进程资源限制表，新的限制值将立即生效。

4.ulimit命令

ulimit 是Linux中用于动态查看或设置当前Shell进程及其子进程资源限制的内建命令。ulimit命令用于临时设置Shell进程的进程资源限制，其底层依赖setrlimit系统调用，系统重启后失效。

ulimit命令格式：

ulimit <选项> <限制值>

选项：指定要操作的资源类型或操作模式，常见选项如下：

  • -a：显示所有当前的资源限制，如：ulimit -a。

  • -c：设置或显示core文件大小限制（单位：512字节块），如：ulimit -c 1024。

  • -f：设置或显示文件大小限制（单位：512字节块），如：ulimit -f 2048。

  • -n：设置或显示最大打开文件数，如：ulimit -n 4096。

  • -s：设置或显示堆栈大小（单位：KB），如：ulimit -s 16384。

  • -H：设置硬限制，如：ulimit -Hn 8192。

  • -S：设置软限制，如：ulimit -Sn 4096。

限制值：为指定资源设置的具体数值，或使用unlimited表示无限制。

未指定限制值时，表示查看资源限制值，如：ulimit -n显示最大打开文件数。未指定-H或-S选项时，ulimit将同时修改软限制和硬限制。

资源限制的逻辑并不简单，为了避免设置时出错，请按照图2原理正确设置软、硬限制值。ulimit的资源类型选项和表1的资源类型是一一对应的。如果我们不清楚资源类型对应的选项，可通过ulimit -a命令查看，输出结果如下：

从ulimit命令看Linux进程资源限制 图6

5.limits.conf文件

limits.conf是Linux系统中用于管理用户或进程资源限制的核心配置文件，文件路径为/etc/security/limits.conf。每次修改完limits.conf，用户重新登录后才能生效。由于是通过文件保存配置信息，所以limits.conf是永久生效的。

limits.conf文件配置格式如下：

<domain> <type> <item> <value>

字段解析：

<domain>：作用对象

  • *：所有用户

  • 用户名：特定用户（如 root）

  • @组名：用户组（如 @developers）

<type>：限制类型

  • soft：软限制

  • hard：硬限制

  • -：同时设置软硬限制

<item>：资源类型，常见类型如下：

  • nofile：最大文件描述符数量

  • nproc：最大进程数

  • as：虚拟内存大小（字节）

  • core ：核心转储文件大小（字节）

  • data：数据段（堆+全局变量）大小

  • stack：进程栈大小

<value>：限制值（数字或 unlimited）

示例如下：

root soft nofile 1001024  # root用户文件描述符软限制为1001024
root hard nofile 1001024 # root用户文件描述符硬限制为1001024
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