Linux内核分析：dup、dup2的实现

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Linux内核分析：dup、dup2的实现

2023-03-29 12:44| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、首先需要看一下这两个函数的作用： 1 #include 2 3 int dup(int oldfd); 4 int dup2(int oldfd, int newfd);

根据manual的解释：

dup：创建一份oldfd的拷贝，使用最小的文件描述符作为新的文件描述符。

dup2：创建一份oldfd的拷贝，使用指定的newfd作为新的文件描述符。

要看这两个函数是怎么实现的，首先得知道Linux对于文件描述符是怎么处理的，参考这篇文章。

二、分析dup 1 static inline long 2 dup (int fd) 3 { 4 return sys_dup(fd); 5 }

这里看到dup调用了函数sys_dup。

1 asmlinkage long sys_dup(unsigned int fildes) 2 { 3 int ret = -EBADF; 4 struct file * file = fget(fildes); 5 6 if (file) 7 ret = dupfd(file, 0); 8 return ret; 9 }

在sys_dup函数中，关键的就是两步，fget获取指定文件描述符的struct file指针，然后调用dupfd，至于dupfd的具体实现，我们接着往下走。

1 struct file fastcall *fget(unsigned int fd) 2 { 3 struct file *file; 4 struct files_struct *files = current->files; 5 6 spin_lock(&files->file_lock); 7 file = fcheck_files(files, fd); 8 if (file) 9 get_file(file); 10 spin_unlock(&files->file_lock); 11 return file; 12 }

可以看到fget函数的实现就是首先获取一个files_struct指针，我们知道files_struct保存了所有打开文件信息（其中current是当前进程的struct task_struct指针），然后加锁，调用fcheck_files，获取file指针，如果file不为空，则调用get_file，下面我们看下这两个函数的实现。

1 static inline struct file * fcheck_files(struct files_struct *files, unsigned int fd) 2 { 3 struct file * file = NULL; 4 5 if (fd < files->max_fds) 6 file = files->fd[fd]; 7 return file; 8 } 9 10 #define get_file(x) atomic_inc(&(x)->f_count)

现在已经可以知道，fcheck_files函数的具体步骤是首先判断给定的文件描述符fd是否小于最大文件描述符max_fds，如果小于，则返回fd数组中对应该fd下标的指针。

get_file的作用是原子的增加f_count，也就是该文件的引用计数（在close的时候会减这个值）。

现在再回到sys_dup中，看一下dumfd的实现。

1 static int dupfd(struct file *file, unsigned int start) 2 { 3 struct files_struct * files = current->files; 4 int fd; 5 6 spin_lock(&files->file_lock); 7 fd = locate_fd(files, file, start); 8 if (fd >= 0) { 9 FD_SET(fd, files->open_fds); 10 FD_CLR(fd, files->close_on_exec); 11 spin_unlock(&files->file_lock); 12 fd_install(fd, file); 13 } else { 14 spin_unlock(&files->file_lock); 15 fput(file); 16 } 17 18 return fd; 19 }

该函数的具体步骤如下：

1、通过current->files获取struct files_struct指针。

2、加锁，完成后会解锁。

3、调用locate_fd函数获取一个fd，具体获取规则下面再看。

4、如果获取到的fd>=0，则调用FD_SET、FD_CLR、解锁、fd_install。关键在于fd_install；否则调用解锁、fput。

下面再看一下locate_fd、fd_install、fput的实现。

1 /* 2 * locate_fd finds a free file descriptor in the open_fds fdset, 3 * expanding the fd arrays if necessary. Must be called with the 4 * file_lock held for write. 5 */ 6 7 static int locate_fd(struct files_struct *files, 8 struct file *file, unsigned int orig_start) 9 { 10 unsigned int newfd; 11 unsigned int start; 12 int error; 13 14 error = -EINVAL; 15 if (orig_start >= current->signal->rlim[RLIMIT_NOFILE].rlim_cur) 16 goto out; 17 18 repeat: 19 /* 20 * Someone might have closed fd's in the range 21 * orig_start..files->next_fd 22 */ 23 start = orig_start; 24 if (start < files->next_fd) 25 start = files->next_fd; 26 27 newfd = start; 28 if (start < files->max_fdset) { 29 newfd = find_next_zero_bit(files->open_fds->fds_bits, 30 files->max_fdset, start); 31 } 32 33 error = -EMFILE; 34 if (newfd >= current->signal->rlim[RLIMIT_NOFILE].rlim_cur) 35 goto out; 36 37 error = expand_files(files, newfd); 38 if (error < 0) 39 goto out; 40 41 /* 42 * If we needed to expand the fs array we 43 * might have blocked - try again. 44 */ 45 if (error) 46 goto repeat; 47 48 if (start next_fd) 49 files->next_fd = newfd + 1; 50 51 error = newfd; 52 53 out: 54 return error; 55 }

根据该函数的注释即可知道它的所用就是：找到一个没有被使用的文件描述符，从start开始（这里就是dup和dup2的区别所在）。

1 /* 2 * Install a file pointer in the fd array. 3 * 4 * The VFS is full of places where we drop the files lock between 5 * setting the open_fds bitmap and installing the file in the file 6 * array. At any such point, we are vulnerable to a dup2() race 7 * installing a file in the array before us. We need to detect this and 8 * fput() the struct file we are about to overwrite in this case. 9 * 10 * It should never happen - if we allow dup2() do it, _really_ bad things 11 * will follow. 12 */ 13 14 void fastcall fd_install(unsigned int fd, struct file * file) 15 { 16 struct files_struct *files = current->files; 17 spin_lock(&files->file_lock); 18 if (unlikely(files->fd[fd] != NULL)) 19 BUG(); 20 files->fd[fd] = file; 21 spin_unlock(&files->file_lock); 22 }

fd_install的作用就是把fd指针数组对应fd下标的指针赋值为file。

到此回到dupfd，返回获取的fd，这就是新的拷贝，然后sys_dup就返回该值。

三、dup2

dup2的实现跟dup类似，关键的差别就是dup2返回指定的newfd，dup返回最小可用的fd。

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