linux系统编程之文件与I/O（五）：文件的内核结构file和dup实现重定向
linux系统编程之文件与I/O（五）：文件的内核结构file和dup实现重定向
s1mba
发布于 2018-01-03 19:18:55
发布于 2018-01-03 19:18:55
一、打开文件内核数据结构
1、一个进程打开两个文件
文件状态标志：读、写、追加、同步、非阻塞等
2、一个进程两次打开同一文件
3、两个进程打开同一文件
示例程序：
/*************************************************************************
> File Name: file_share.c
> Author: Simba
> Mail: dameng34@163.com
> Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd1, fd2;
char buf1[1024] = {0};
char buf2[1024] = {0};
/* 进程控制块PCB
* struct task {
* ...
* struct files_struct *files;
* }
* 同一个进程两次打开同一个文件，一个进程拥有的一个文件描述符表其中一个fd索引对应的指针指向一个
* 文件表(包括文件状态（读写追加同步非阻塞等），当前文件偏移量，
* 文件引用次数（当有两个fd指向同个文件表时引用计数为2，见dup,也可用于重定向），
* 文件操作指针， V节点指针等）不共享，
* V节点表（包括V节点信息（struct stat), i节点信息等）共享
*/
/* 两个进程打开同一个文件的情况与上类同*/
fd1 = open("test.txt", O_RDONLY);
if (fd1 == -1)
ERR_EXIT("open error");
read(fd1, buf1, 5);
printf("buf1=%s\n", buf1);
fd2 = open("test.txt", O_RDWR);
if (fd2 == -1)
ERR_EXIT("open error");
read(fd2, buf2, 5);
printf("buf2=%s\n", buf2);
write(fd2, "AAAAA", 5);
memset(buf1, 0, sizeof(buf1));
read(fd1, buf1, 5);
printf("buf1=%s\n", buf1);
close(fd1);
close(fd2);
return 0;
}假设test.txt文件的内容是 ABCDEhello
测试如下：
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/File_IO$ ./file_share buf1=ABCDE buf2=ABCDE buf1=AAAAA
test.txt文件内容变成 ABCDEAAAAA
分析：由上图分析可知，一个进程两次打开同一文件，文件表是不共享的，即各有自己的文件偏移量和打开文件标志，所以两次read不同的fd都是从头开始读取，但V节点表是共享的，在fd2写入（同个文件表的read和write是共享偏移的）更改了inode指向的硬盘数据块，再次read fd1得到的也是更改后的值。
二、I/O重定向
当我们执行了dup(3)之后，系统选择一个空闲的文件描述符即4，这样就有两个文件描述符指向同个文件表，所以引用计数为2。利用dup等函数可以进行重定向的步骤是先close输入输出文件描述符，然后执行dup(fd), 这样输入输出文件描述符也指向fd指向的文件，这样就实现了重定向。此外dup2, fcntl 函数也可以实现，其实不使用这些函数，而直接close（0/1/2）完再open也可以实现。如下使用cat命令实现复制文件的功能：
/*************************************************************************
> File Name: process_.c
> Author: Simba
> Mail: dameng34@163.com
> Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
int main(int argc, char *argv[])
{
close(0);
open("Makefile", O_RDONLY);
close(1);
open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664);
execlp("cat", "cat", NULL);
return 0;
}现在标准输入是文件Makefile，标准输出是文件test.txt ，将当前进程替换成cat，则cat会从标准输入读而后输出到标准输出，即完成了copy的功能。
dup/fcntl 函数示例程序如下：
/*************************************************************************
> File Name: file_dup.c
> Author: Simba
> Mail: dameng34@163.com
> Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST
************************************************************************/
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
/* dup dup2 fcntl */
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
fd = open("test2.txt", O_WRONLY);
if (fd == -1)
ERR_EXIT("open error");
/*
close(1);
dup(fd);
*/
// dup2(fd, 1);
close(1);
if (fcntl(fd, F_DUPFD, 0) < 0) //从0开始搜索可用的fd
ERR_EXIT("fcntl error");
printf("hello\n"); // 输出重定向到test2.txt
return 0;
}参考：《APUE》
本文参与 腾讯云自媒体分享计划，分享自作者个人站点/博客。
原始发表：2013-05-14 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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