解惑dup/dup2

文章来源：http://blog.donews.com/mutecat/archive/2007/09/20/1212178.aspx

by mutecat@byhh  2007-09.20

    最近一段时间在用c写cgi程序，接触了这两个系统调用dup/dup2，碰到了一些

问题，　也解决了一些问题，　写出来与大家分享，也方便以后参考:)

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

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)；

等效与
        fcntl(oldfd, F_DUPFD, 0)

而调用dup2(oldfd, newfd)；

等效与
        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)；　／*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);   /*STDOUT_FILENO(1) 被重新指向connfd*/

…..  /*处理一些事情*/

dup2(savefd, STDOUT_FILENO);  /*STDOUT_FILENO(1)　恢复指向savefd*/

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。

目前我就想到这两种方法，　不知道你有什么好的想法？　有的话希望告诉我:)

终于收尾了，一早上过来写，没想到写了两个小时才写完，好久没有写原创了，又重拾

了以前那美妙的感觉:)