dup和dup2函数

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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：

进程表项

————————————————

　　　fd标志　文件指针

_____________________

fd 0:|________|____________|------------> 文件表

fd 1:|________|____________|

fd 2:|________|____________|

fd 3:|________|____________|

| ....... |

|_____________________|

图１

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:|________|____________| |文件表|

fd 3:|________|____________|----------------> |______|

| ....... |

|_____________________|

图2：调用dup后的示意图

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。