进程间通信管道进阶篇:linux下dup/dup2函数的用法 |
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由于利用管道实现进程间通信,是通过创建两个文件描述符,但是描述符的初始化是通过随机的,就是从可用的文件描述符中取出,并将可用的文件描述符与file对象相关联,如果我们需要将管道的两头与其他的流相关时,就需要重定向操作,重定向fd[0]和fd[1]的file,下面是关于实现重定向的函数dup和dup2的解释: 系统调用dup和dup2能够复制文件描述符。dup返回新的文件文件描述符(没有用的文件描述符最小的编号)。dup2可以让用户指定返回的文件描述符的值,如果需要,则首先接近newfd的值,他通常用来重新打开或者重定向一个文件描述符。 他的原型如下: #include int dup(int oldfd); int dup2(int oldfd,int newfd); dup 和dup2都是返回新的描述符。或者返回-1并设置 errno变量。新老描述符共享文件的偏移量(位置)、标志和锁,但是不共享close-on-exec标志。
相信大部分在Unix/Linux下编程的程序员手头上都有《Unix环境高级编程》(APUE)这本超级经典巨著。作者在该书中讲解dup/dup2之前曾经讲过“文件共享”,这对理解dup/dup2还是很有帮助的。这里做简单摘录以备在后面的分析中使用:Stevens said:(1) 每个进程在进程表中都有一个记录项,每个记录项中有一张打开文件描述符表,可将视为一个矢量,每个描述符占用一项。与每个文件描述符相关联的是: (a) 文件描述符标志。 (b) 指向一个文件表项的指针。(2) 内核为所有打开文件维持一张文件表。每个文件表项包含: (a) 文件状态标志(读、写、增写、同步、非阻塞等)。 (b) 当前文件位移量。 (c) 指向该文件v节点表项的指针。图示: 文件描述符表 ------------fd0 0 | p0 -------------> 文件表0 ---------> vnode0 ------------fd1 1 | p1 -------------> 文件表1 ---------> vnode1 ------------fd2 2 | p2 ------------fd3 3 | p3 ------------... ...... ... ------------ 一、单个进程内的dup和dup2假设进程A拥有一个已打开的文件描述符fd3,它的状态如下 进程A的文件描述符表(before dup2) ------------fd0 0 | p0 ------------fd1 1 | p1 -------------> 文件表1 ---------> vnode1 ------------fd2 2 | p2 ------------fd3 3 | p3 -------------> 文件表2 ---------> vnode2 ------------... ...... ... ------------ 经下面调用:n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO);后进程状态如下: 进程A的文件描述符表(after dup2) ------------fd0 0 | p0 ------------n_fd 1 | p1 ------------ ------------ \fd2 2 | p2 \ ------------ _\|fd3 3 | p3 -------------> 文件表2 ---------> vnode2 ------------... ...... ... ------------解释如下:n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO)表示n_fd与fd3共享一个文件表项(它们的文件表指针指向同一个文件表项),n_fd在文件描述符表中的位置为 STDOUT_FILENO的位置,而原先的STDOUT_FILENO所指向的文件表项被关闭,我觉得上图应该很清晰的反映出这点。按照上面的解释我们就可以解释CU中提出的一些问题:(1) "dup2的第一个参数是不是必须为已打开的合法filedes?" -- 答案:必须。(2) "dup2的第二个参数可以是任意合法范围的filedes值么?" -- 答案:可以,在Unix其取值区间为[0,255]。 另外感觉理解dup2的一个好方法就是把fd看成一个结构体类型,就如上面图形中画的那样,我们不妨把之定义为:struct fd_t {int index;filelistitem *ptr;};然后dup2匹配index,修改ptr,完成dup2操作。 在学习dup2时总是碰到“重定向”一词,上图完成的就是一个“从标准输出到文件的重定向”,经过dup2后进程A的任何目标为STDOUT_FILENO的I/O操作如printf等,其数据都将流入fd3所对应的文件中。下面是一个例子程序:#define TESTSTR "Hello dup2\n"int main() { int fd3; fd3 = open("testdup2.dat", 0666); if (fd printf("open error\n"); exit(-1); } if (dup2(fd3, STDOUT_FILENO) printf("err in dup2\n"); } printf(TESTSTR); return 0;}其结果就是你在testdup2.dat中看到"Hello dup2"。 二、重定向后恢复CU上有这样一个帖子,就是如何在重定向后再恢复原来的状态?首先大家都能想到要保存重定向前的文件描述符。那么如何来保存呢,象下面这样行么?int s_fd = STDOUT_FILENO;int n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO);还是这样可以呢?int s_fd = dup(STDOUT_FILENO);int n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO);这两种方法的区别到底在哪呢?答案是第二种方案才是正确的,分析如下:按照第一种方法,我们仅仅在"表面上"保存了相当于fd_t(按照我前面说的理解方法)中的index,而在调用dup2之后,ptr所指向的文件表项由于计数值已为零而被关闭了,我们如果再调用dup2(s_fd, fd3)就会出错(出错原因上面有解释)。而第二种方法我们首先做一下复制,复制后的状态如下图所示:进程A的文件描述符表(after dup) ------------fd0 0 | p0 ------------fd1 1 | p1 -------------> 文件表1 ---------> vnode1 ------------ /|fd2 2 | p2 / ------------ /fd3 3 | p3 -------------> 文件表2 ---------> vnode2 ------------ /s_fd 4 | p4 ------/ ------------... ...... ... ------------ 调用dup2后状态为:进程A的文件描述符表(after dup2) ------------fd0 0 | p0 ------------n_fd 1 | p1 ------------ ------------ \fd2 2 | p2 \ ------------ _\|fd3 3 | p3 -------------> 文件表2 ---------> vnode2 ------------s_fd 4 | p4 ------------->文件表1 ---------> vnode1 ------------... ...... ... ------------dup(fd)的语意是返回的新的文件描述符与fd共享一个文件表项。就如after dup图中的s_fd和fd1共享文件表1一样。 确定第二个方案后重定向后的恢复就很容易了,只需调用dup2(s_fd, n_fd);即可。下面是一个完整的例子程序:#define TESTSTR "Hello dup2\n"#define SIZEOFTESTSTR 11 int main() { int fd3; int s_fd; int n_fd; fd3 = open("testdup2.dat", 0666); if (fd3 printf("open error\n"); exit(-1); } s_fd = dup(STDOUT_FILENO); if (s_fd printf("err in dup\n"); } n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO); if (n_fd printf("err in dup2\n"); } write(STDOUT_FILENO, TESTSTR, SIZEOFTESTSTR); if (dup2(s_fd, n_fd) printf("err in dup2\n"); } write(STDOUT_FILENO, TESTSTR, SIZEOFTESTSTR); return 0;}注 意这里我在输出数据的时候我是用了不带缓冲的write库函数,如果使用带缓冲区的printf,则最终结果为屏幕上输出两行"Hello dup2",而文件testdup2.dat中为空,原因就是缓冲区作怪,由于最终的目标是屏幕,所以程序最后将缓冲区的内容都输出到屏幕。 三、父子进程间的dup/dup2由fork调用得到的子进程和父进程的相同文件描述符共享同一文件表项,如下图所示:父进程A的文件描述符表 ------------fd0 0 | p0 ------------fd1 1 | p1 -------------> 文件表1 ---------> vnode1 ------------ /|\fd2 2 | p2 | ------------ | |子进程B的文件描述符表 | ------------ |fd0 0 | p0 | ------------ |fd1 1 | p1 ---------------------| ------------fd2 2 | p2 ------------所以恰当的利用dup2和dup可以在父子进程之间建立一条“沟通的桥梁”。这里不详述。 四、小结灵活的利用dup/dup2可以给你带来很多强大的功能,花了一些时间总结出上面那么多,不知道自己理解的是否透彻,只能在以后的实践中慢慢探索了。
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