dup和dup2也是两个非常有用的调用,它们的作用都是用来复制一个文件的描述符。它们经常用来重定向进程的stdin、stdout和stderr。这两个函数的 原形如下:
#include <unistd.h> int dup( int oldfd ); int dup2( int oldfd, int targetfd )
利用函数dup,我们可以复制一个描述符。传给该函数一个既有的描述符,它就会返回一个新的描述符,这个新的描述符是传给它的描述符的拷贝。这意味着,这两个描述符共享同一个数据结构。例如,如果我们对一个文件描述符执行lseek操作,得到的第一个文件的位置和第二个是一样的。下面是用来说明dup函数使用方法的代码片段:
int fd1, fd2; ... fd2 = dup( fd1 );
int oldfd; oldfd = open("app_log", (O_RDWR | O_CREATE), 0644 ); dup2(oldfd, 1); close(oldfd);
–1命令的标准输出作为标准输入连接到wc –l命令。接下来,我们就用一个C程序来加以说明这个过程的实现。代码如下面的示例代码3所示。
–1命令功能,不过它不是写到stdout(第13行),而是写到我们建立的管道的输入端,这是通过dup函数来完成重定向的。在第14行,使用dup2 函数把stdout重定向到管道(pfds[1])。之后,马上关掉管道的输入端。然后,使用execlp函数把子进程的映像替换为命令ls –1的进程映像,一旦该命令执行,它的任何输出都将发给管道的输入端。
execlp函数把父进程的映像替换为命令wc -1的进程映像,命令wc -1把管道的内容作为它的输入(第23行)。
示例代码3:利用C实现命令的流水线操作的代码
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> int main() { int pfds[2]; if ( pipe(pfds) == 0 ){ if ( fork() == 0 ){ close(1);//关闭标准输出 dup2( pfds[1], 1 );//fd[1]管道的写端,即写到标准输出的东西写到管道的写端 close( pfds[0] );//管道通信,写端必须关闭读管道 execlp( "ls", "ls", "-1", NULL ); } else { close(0);//关闭标准输入 //fd[0]管道的读端,0是stdin,即不是从标准输入读数据,从管道读端读数据 dup2( pfds[0], 0 ); close( pfds[1] );//管道通信,读端必须关系写管道 execlp( "wc", "wc", "-l", NULL ); } } return 0; }
1. 文件描述符在内核中数据结构
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:
进程表项
————————————————
fd标志 文件指针
fd 0:|________|____________|------------> 文件表
fd 1:|________|____________|
fd 2:|________|____________|
fd 3:|________|____________|
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);
从图1来分析这个过程,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。
进程表项
————————————————
fd标志 文件指针
fd 0:|________|____________|
fd 1:|________|____________|----------------> |
fd 2:|________|____________|
fd 3:|________|____________|----------------> |______|
如图2 所示,假如oldfd的值为1, 当前文件描述符的最小值为3, 那么新描述符3指向描述符1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);
等效与
F_DUPFD, 0)
而调用dup2(oldfd, newfd);
等效与
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); /*实际情况还涉及到了管道,不是本文的重点*/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,但是我总感觉有些不妥,不知道为什么,可能一些潜在的问题还没出现。