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分类: LINUX

2015-11-19 10:40:13

原文地址:sys_dup() 作者:xingzuzi

  在linux纷繁复杂的内核代码中,sys_dup()的代码也许称得上是最简单的之一了,但是就是这么一个简单的系统调用,却成就了unix/linux系统最著名的一个特性:输入/输出重定向
    sys_dup()的主要工作就是用来“复制”一个打开的文件号,使两个文件号都指向同一个文件。既然说简单,我们就首先来看一下它的代码(定义在fs/fcntl.c中):
187  asmlinkage long sys_dup(unsigned int fildes)
188  {
189      int ret = -EBADF;
190      struct file * file = fget(fildes);
191  
192      if (file)
193          ret = dupfd(file, 0);
194      return ret;
195  }

而sys_dup()的主体是dupfd()(定义在同一个文件中):
116  static int dupfd(struct file *file, int start)
117  {
118      struct files_struct * files = current->files;
119      int ret;
120  
121      ret = locate_fd(files, file, start);
122      if (ret < 0) 
123          goto out_putf;
124      allocate_fd(files, file, ret);
125      return ret;
126  
127  out_putf:
128      write_unlock(&files->file_lock);
129      fput(file);
130      return ret;
131  }

    而这么一个简单的系统调用是如何完成重定向这个艰巨的任务的呢?我们不妨先看个例子。
    当我们在shell下输入如下命令:“echo hello!”,这条命令要求shell进程执行一个可执行文件echo,参数为“hello!”。当shell接收到命令之后,先找到bin/echo,然后fork()出一个子进程让他执行bin/echo,并将参数传递给它,而这个进程从shell继承了三个标准文件,即标准输入(stdin),标准输出(stdout)和标准出错信息(stderr),他们三个的文件号分别为0、1、2。而至于echo进程的工作很简单,就是将参数“hello!”写道标准输出文件中去,通常都是我们的显示器上。但是如果我们将命令改成“echo hello! > foo”,则在执行时输出将会被重定向到磁盘文件foo中。我们假定在此之前该shell进程只有三个标准文件打开,文件号分别为0、1、2,以上命令行将按如下序列执行:
    (1) 打开或创建磁盘文件foo,如果foo中原来有内容,则清除原来内容,其文件号为3。
    (2) 通过dup()复制文件stdout,即将文件号1出的file结构指针复制到文件号4处,目的是将stdout的file指针暂时保存一下
    (3) 关闭stdout,即1号文件,但是由于4号文件对stdout也同时有个引用,所以stdout文件并未真正关闭,只是腾出1号文件号位置。
    (4) 通过dup(),复制3号文件(即磁盘文件foo),由于1号文件关闭,其位置空缺,故3号文件被复制到1号,即进程中原来指向stdout的指针指向了foo。
    (5) 通过系统调用fork()和exec()创建子进程并执行echo,子进程在执行echo前夕关闭3号和4号文件,只留下0、1、2三个文件,请注意,这时的1号文件已经不是stdout而是磁盘文件foo了。当echo想向stdout文件写入“hello!”时自然就写入到了foo中。
    (6) 回到shell后,关闭指向foo的1号与3号文件文件,再用dup()和close()将2号恢复至stdout,这样shell就恢复了0、1、2三个标准输入/输出文件。

    由此可见,当echo程序(或其他)在运行的时候并不知道stdout(对于stdin和stderr同样)指向什么,进程与实际输出文件或设备的结合是在运行时由其父进程“包办”的。这样就简化了子进程的程序设计,因为在设计时只要跟三个逻辑上存在的文件打交道就可以了。可能有人会觉得这很像面向对象中的多态和重载,没有什么新奇之处,但是如果你活在30甚至40年前,可能你会改变你的看法。 

#include
#include
#include
#include

int main(void)
{
   #define STDOUT 1   //标准输出文件描述符 号

   int nul, oldstdout;
   char msg[] = "This is a test";

   /* create a file */

//打开一个文件,操作者具有读写权限 如果文件不存在就创建
   nul = open("DUMMY.FIL", O_CREAT | O_RDWR,
      S_IREAD | S_IWRITE);

   /* create a duplicate handle for standard
      output */

//创建STDOUT的描述符备份
   oldstdout = dup(STDOUT);
   /*
      redirect standard output to DUMMY.FIL
      by duplicating the file handle onto the
      file handle for standard output.
   */

//重定向nul到STDOUT
   dup2(nul, STDOUT);

   /* close the handle for DUMMY.FIL */

//重定向之后要关闭nul
   close(nul);

   /* will be redirected into DUMMY.FIL */

//写入数据
   write(STDOUT, msg, strlen(msg));

   /* restore original standard output
      handle */

//还原
   dup2(oldstdout, STDOUT);

   /* close duplicate handle for STDOUT */
   close(oldstdout);

   return 0;
}
 

//结果就是msg写到了文件中而不是STDOUT 


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