dup和dup2函数的应用实例_fork函数有什么用

dup和dup2函数的应用实例_fork函数有什么用本文转载,原文地址:http://blog.csdn.net/fulinus/article/details/9669177#comments1、文件描述符在内核中数据结构  在具体说dup/dup2之前,我认为有必要先了解一下文件描述符在内核中的形态。一个进程在此存在期间,会有一些文件被打开,从而会返回一些文件描述符,从shell中运行一个进程,默认会有3个文件描述符存在(0、1、2),0与进程的

  本文转载,原文地址:http://blog.csdn.net/fulinus/article/details/9669177#comments

1、文件描述符在内核中数据结构

  在具体说dup/dup2之前,我认为有必要先了解一下文件描述符在内核中的形态。一个进程在此存在期间,会有一些文件被打开,从而会返回一些文件描述符,从shell中运行一个进程,默认会有3个文件描述符存在(0、1、2),0与进程的标准输入相关联,1与进程的标准输出相关联,2与进程的标准错误输出相关联,一个进程当前有哪些打开的文件描述符可以通过/proc/进程ID/fd目录查看。 
  下图可以清楚的说明问题(图片来源于百度百科):
  这里写图片描述
  文件表中包含:文件状态标志、当前文件偏移量、v节点指针,这些不是本文讨论的重点,我们只需要知道每个打开的文件描述符(fd标志)在进程表中都有自己的文件表项,由文件指针指向。

2、dup/dup2函数

  APUE和man文档都用一句话简明的说出了这两个函数的作用:复制一个现存的文件描述符。

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);
只听到从架构师办公室传来架构君的声音:
明妃一朝西入胡,胡中美女多羞死。有谁来对上联或下联?

  当调用dup函数时,内核在进程中创建一个新的文件描述符,此描述符是当前可用文件描述符的最小数值,这个文件描述符指向oldfd所拥有的文件表项。
  dup2和dup的区别就是可以用newfd参数指定新描述符的数值,如果newfd已经打开,则先将其关闭。如果newfd等于oldfd,则dup2返回newfd, 而不关闭它。dup2函数返回的新文件描述符同样与参数oldfd共享同一文件表项。
  APUE用另外一个种方法说明了这个问题:
  实际上,调用dup(oldfd)等效于,fcntl(oldfd, F_DUPFD, 0)
  而调用dup2(oldfd, newfd)等效于,close(oldfd);fcntl(oldfd, F_DUPFD, newfd);

3、CGI中dup2

  写过CGI程序的人都清楚,当浏览器使用post方法提交表单数据时,CGI读数据是从标准输入stdin,写数据是写到标准输出stdout(C语言利用printf函数)。按照我们正常的理解,printf的输出应该在终端显示,原来CGI程序使用dup2函数将STDOUT_FINLENO(这个宏在unitstd.h定义,为1)这个文件描述符重定向到了连接套接字:dup2(connfd, STDOUT_FILENO)。
  如第一节所说,一个进程默认的文件描述符1(STDOUT_FILENO)是和标准输出stdout相关联的,对于内核而言,所有打开的文件都通过文件描述符引用,而内核并不知道流的存在(比如stdin、stdout),所以printf函数输出到stdout的数据最后都写到了文件描述符1里面。至于文件描述符0、1、2与标准输入、标准输出、标准错误输出相关联,这只是shell以及很多应用程序的惯例,而与内核无关。
  用下面的流图可以说明问题(ps: 虽然不是流图关系,但是还是有助于理解):
  printf -> stdout -> STDOUT_FILENO(1) -> 终端(tty)
  printf最后的输出到了终端设备,文件描述符1指向当前的终端可以这么理解:
  STDOUT_FILENO = open(“/dev/tty”, O_RDWR);
  使用dup2之后STDOUT_FILENO不再指向终端设备,而是指向connfd, 所以printf的输出最后写到了connfd。是不是很优美?

4、如何在CGI程序的fork子进程中还原STDOUT_FILENO

  如果你能看到这里,感谢你的耐心,我知道很多人可能感觉有点复杂,其实复杂的问题就是一个个小问题的集合。所以弄清楚每个小问题就OK了,第三节中说道,STDOUT_FILENO被重定向到了connfd套接字,有时候我们可能想在CGI程序中调用后台脚本执行,而这些脚本中难免会有一些输入输出,我们知道fork之后,子进程继承了父进程的所有文件描述符,所以这些脚本的输入输出并不会如我们愿输出到终端设备,而是和connfd想关联了,这个显然会扰乱网页的输出。那么如何恢复STDOUT_FILENO和终端关联呢?
  方法1:在dup2之前保存原有的文件描述符,然后恢复。
  代码实现如下:
  savefd = dup(STDOUT_FILENO); /savefd此时指向终端/
  dup2(connfd, STDOUT_FILENO);
  …..
  dup2(savefd, STDOUT_FILENO);
  很遗憾CGI程序无法使用这种方法,因为dup2这些不是在CGI程序中完成的,而是在web server中实现的,修改web server并不是个好主意。
  方法2: 追本溯源,打开当前终端恢复STDOUT_FILENO。
  分析第三节的流图,STDOUT_FILENO是如何和终端关联的?我们重头做一遍不就行了,代码实现如下:
  ttyfd = open(“/dev/tty”, O_RDWR);
  dup2(ttyfd, STDOUT_FILENO);
  close(ttyfd);
  /dev/tty是程序运行所在的终端,这个应该通过一种方法获得。实践证明这种方法是可行的,但是个人总感觉有些不妥,不知道为什么,可能一些潜在的问题还没出现。

5、实例

  dup函数实例:

此代码由Java架构师必看网-架构君整理
[lingyun@localhost dup]$ cat dup.c /********************************************************************************* * Copyright: (C) 2013 fulinux<fulinux@sina.com> * All rights reserved. * * Filename: dup.c * Description: This file * * Version: 1.0.0(07/31/2013~) * Author: fulinux <fulinux@sina.com> * ChangeLog: 1, Release initial version on "07/31/2013 04:00:06 PM" * ********************************************************************************/ #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char* argv[]) { int fd = open("hello", O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC, S_IRUSR|S_IWUSR); if(fd < 0) { printf("Open Error!!\n"); return 0; } int nfd = dup(fd); if(nfd < 0) { printf("Error!!\n"); return 0; } char buf[1000]; int n; while((n = read(STDIN_FILENO, buf,1000)) > 0) { if(write(nfd, buf, n) != n) { printf("Write Error!!\n"); return 0; } } return 0; }

  上面代码中,nfd 拷贝了 fd,所以 write ( nfd, buf, n ) 这语句写到 nfd 所代表的文件时也就是写到 fd 所代表的文件。程序执行完后可以在相应的目录的hello文件中看到输出。

[lingyun@localhost dup]$ gcc dup.c 
[lingyun@localhost dup]$ ls
a.out  dup.c
[lingyun@localhost dup]$ ./a.out 
hello world
^C
[lingyun@localhost dup]$ ls
a.out  dup.c  hello
[lingyun@localhost dup]$ cat hello 
hello world
[lingyun@localhost dup]$ 

dup2函数实例:

此代码由Java架构师必看网-架构君整理
[lingyun@localhost dup2]$ cat dup2.c /********************************************************************************* * Copyright: (C) 2013 fulinux<fulinux@sina.com> * All rights reserved. * * Filename: dup2.c * Description: This file * * Version: 1.0.0(07/31/2013~) * Author: fulinux <fulinux@sina.com> * ChangeLog: 1, Release initial version on "07/31/2013 08:22:19 PM" * ********************************************************************************/ #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char* argv[]) { int fd = open("hello.file", O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,S_IRUSR|S_IWUSR); if(fd < 0) { printf("Open Error!!\n"); return 0; } int nfd = dup2(fd, STDOUT_FILENO); if(nfd < 0) { printf("Error!!\n"); return 0; } char buf[5]; int n; while((n = read(STDIN_FILENO, buf, 5)) > 0) if(write(STDOUT_FILENO, buf, n) != n) { printf("Write Error!!\n"); return 0; } return 0; }

  上面的例子使用dup2将标准输出重定向为hello.file文件,如下所示:

[lingyun@localhost dup2]$ ls
dup2.c
[lingyun@localhost dup2]$ gcc dup2.c 
[lingyun@localhost dup2]$ ./a.out 
hello world
^C
[lingyun@localhost dup2]$ cat hello.file 
hello world
[lingyun@localhost dup2]$ 
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