dup，dup2函数的用法

linux下dup|dup2函数的用法
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 <unsitd.h>
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

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fd0 0 | p0-------------> 文件表0---------> vnode0

------------

fd1 1 | p1-------------> 文件表1---------> vnode1

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fd2 2 | p2

------------

fd3 3 | p3

------------

... ...

... ...

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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)

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fd0 0 | p0

------------

fd1 1 | p1-------------> 文件表1---------> vnode1

------------

fd2 2 | p2

------------

fd3 3 | p3-------------> 文件表2---------> vnode2

------------

... ...

... ...

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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)

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fd0 0 | p0

------------

n_fd 1 | p1------------

------------ |

fd2 2 |p2 |

------------ |

fd3 3 | p3-------------> 文件表2---------> vnode2

------------

... ...

... ...

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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 < 0) {

printf("open error|n");

exit(-1);

}
if (dup2(fd3, STDOUT_FILENO) < 0){

printf("err in dup2|n");

}

printf(TESTSTR);

return0;

}

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(afterdup)

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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 ------|

------------

... ...

... ...

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调用dup2后状态为：

进程A的文件描述符表(afterdup2)

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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

------------

... ...

... ...

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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 < 0) {

printf("open error|n");

exit(-1);

}

s_fd= dup(STDOUT_FILENO);

if(s_fd < 0) {

printf("err in dup|n");

}

n_fd= dup2(fd3, STDOUT_FILENO);

if(n_fd < 0) {

printf("err in dup2|n");

}

write(STDOUT_FILENO,TESTSTR, SIZEOFTESTSTR);

if(dup2(s_fd, n_fd) < 0) {

printf("err in dup2|n");

}

write(STDOUT_FILENO,TESTSTR, SIZEOFTESTSTR);

return0;

}

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

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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。
整理后的测试源码

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include "ourhdr.h"

#define TESTSTR "Hello dup2\n"
#define SIZEOFTESTSTR 11

int main(int argc,char **argv)
{
int   fd3;
int   s_fd;
int   n_fd;
fd3 = open("testdup2.dat",O_RDWR|O_SYNC);
if (fd3 < 0) {
printf("open error\n");
exit(-1);
}

s_fd = dup(STDOUT_FILENO);
if (s_fd < 0) {
printf("err in dup\n");
}
close(STDOUT_FILENO);

n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO);
if (n_fd < 0) {
printf("err in dup2\n");
}

write(n_fd, TESTSTR, SIZEOFTESTSTR);
write(STDOUT_FILENO, TESTSTR, SIZEOFTESTSTR);
fsync(n_fd);
close(fd3);
close(n_fd);

if (dup2(s_fd, n_fd) < 0) {
printf("err in dup2\n");
}
write(STDOUT_FILENO, TESTSTR, SIZEOFTESTSTR);

//  printf("%d\n",);
//  printf("%s\n",);
return 0;

}