dup2

函式名： dup2

功能： 複製檔案描述符

用法： int dup2(int oldfd,int newfd);

基本介紹

  • 中文名：dup2
  • 名詞類型：函式
  • 名詞領域：編程
  • 功能：複製一個現有的檔案描述符
程式例,書目摘抄,

程式例

#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <io.h>
int main(void)
{
#define STDOUT 1
int nul,oldstdout;
char msg[] = "This is a test";
/* create a file */
nul = open("DUMMY.FIL",O_CREAT | O_RDWR |
S_IREAD | S_IWRITE);
/* create a duplicate handle for standard
output */
oldstdout = dup(STDOUT);
/*
redirect standard output to DUMMY.FIL
by duplicating the file handle onto the
file handle for standard output.
*/
dup2(nul,STDOUT);
/* close the handle for DUMMY.FIL */
close(nul);
/* will be redirected into DUMMY.FIL */
write(STDOUT,msg,strlen(msg));
/* restore original standard output
handle */
dup2(oldstdout,STDOUT);
/* close duplicate handle for STDOUT */
close(oldstdout);
return 0;
}

書目摘抄

下面內容選自《UNⅨ環境高級編程》
Stevens said:
⑴ 每個進程在進程表中都有一個記錄項，每個記錄項中有一張打開檔案描述符表，可將視為一個矢量，每個描述符占用一項。與每個檔案描述符相關聯的是：
（a) 檔案描述符標誌。
（b) 指向一個檔案表項的指針。
⑵ 核心為所有打開檔案維持一張檔案表。每個檔案表項包含：
（a) 檔案狀態標誌（讀、寫、增寫、同步、非阻塞等）。
（b) 當前檔案位移量。
（c) 指向該檔案v節點表項的指針。
圖示：
檔案描述符表
------------
fd0 0 | p0 -------------> 檔案表0 ---------> vnode0
------------
fd1 1 | p1 -------------> 檔案表1 ---------> vnode1
------------
fd2 2 | p2
------------
fd3 3 | p3
------------
... ...
... ...
------------
單個進程內的dup和dup2
假設進程A擁有一個已打開的檔案描述符fd3，它的狀態如下：
進程A的檔案描述符表（before dup2）
------------
fd0 0 | p0
------------
fd1 1 | p1 -------------> 檔案表1 ---------> vnode1
------------
fd2 2 | p2
------------
fd3 3 | p3 -------------> 檔案表2 ---------> vnode2
------------
... ...
... ...
------------
經下面調用：
n_fd = dup2(fd3,STDOUT_FILENO）；後進程狀態如下：
進程A的檔案描述符表（after dup2）
------------
fd0 0 | p0
------------
n_fd 1 | p1 ------------
------------ \
fd2 2 | p2 \
------------ _\|
fd3 3 | p3 -------------> 檔案表2 ---------> vnode2
------------
... ...
... ...
------------
解釋如下：
n_fd = dup2(fd3,STDOUT_FILENO）表示n_fd與fd3共享一個檔案表項（它們的檔案表指針指向同一個檔案表項），n_fd在檔案描述符表中的位置為 STDOUT_FILENO的位置，而原先的STDOUT_FILENO所指向的檔案表項被關閉，我覺得上圖應該很清晰的反映出這點。按照上面的解釋我們就可以解釋CU中提出的一些問題：
⑴ "dup2的第一個參數是不是必須為已打開的合法filedes？" -- 答案：必須。
⑵ "dup2的第二個參數可以是任意合法範圍的filedes值么？" -- 答案：可以，在Unix其取值區間為[0,255]。
另外感覺理解dup2的一個好方法就是把fd看成一個結構體類型，就如上面圖形中畫的那樣，我們不妨把之定義為：
struct fd_t {
int index;
filelistitem *ptr;
};
然後dup2匹配index，修改ptr，完成dup2操作。
在學習dup2時總是碰到“重定向”一詞，上圖完成的就是一個“從標準輸出到檔案的重定向”，經過dup2後進程A的任何目標為STDOUT_FILENO的I/O操作如printf等，其數據都將流入fd3所對應的檔案中。下面是一個例子程式：
#define TESTSTR "Hello dup2\n"
int main() {
int fd3;
fd3 = open("testdup2.dat",0666）；
if (fd3 < 0) {
printf("open error\n");
exit(-1）；
}
if (dup2(fd3,STDOUT_FILENO) < 0) {
printf("err in dup2\n");
}
printf(TESTSTR);
return 0;
}
其結果就是你在testdup2.dat中看到"Hello dup2"。
二，重定向後恢復
CU上有這樣一個帖子，就是如何在重定向後再恢復原來的狀態？首先大家都能想到要保存重定向前的檔案描述符。那么如何來保存呢，象下面這樣行么？
int s_fd = STDOUT_FILENO;
int n_fd = dup2(fd3,STDOUT_FILENO);
還是這樣可以呢？
int s_fd = dup(STDOUT_FILENO);
int n_fd = dup2(fd3,STDOUT_FILENO);
這兩種方法的區別到底在哪呢？答案是第二種方案才是正確的，分析如下：按照第一種方法，我們僅僅在"表面上"保存了相當於fd_t（按照我前面說的理解方法）中的index，而在調用dup2之後，ptr所指向的檔案表項由於計數值已為零而被關閉了，我們如果再調用dup2(s_fd,fd3）就會出錯（出錯原因上面有解釋）。而第二種方法我們首先做一下複製，複製後的狀態如下圖所示：
進程A的檔案描述符表（after dup)
------------
fd0 0 | p0
------------
fd1 1 | p1 -------------> 檔案表1 ---------> vnode1
------------ /|
fd2 2 | p2 /
------------ /
fd3 3 | p3 -------------> 檔案表2 ---------> vnode2
------------ /
s_fd 4 | p4 ------/
------------
... ...
... ...
------------
調用dup2後狀態為：
進程A的檔案描述符表（after dup2）
------------
fd0 0 | p0
------------
n_fd 1 | p1 ------------
------------ \
fd2 2 | p2 \
------------ _\|
fd3 3 | p3 -------------> 檔案表2 ---------> vnode2
------------
s_fd 4 | p4 ------------->；檔案表1 ---------> vnode1
------------
... ...
... ...
------------
dup(fd）的語意是返回的新的檔案描述符與fd共享一個檔案表項。就如after dup圖中的s_fd和fd1已分享檔案表1一樣。
確定第二個方案後重定向後的恢復就很容易了，只需調用dup2(s_fd,n_fd）；即可。下面是一個完整的例子程式：
#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）；
}
/* 複製標準輸出描述符 */
s_fd = dup(STDOUT_FILENO);
if (s_fd < 0) {
printf("err in dup\n");
}
/* 重定向標準輸出到檔案 */
n_fd = dup2(fd3,STDOUT_FILENO);
if (n_fd < 0) {
printf("err in dup2\n");
}
write(STDOUT_FILENO,TESTSTR,SIZEOFTESTSTR); /* 寫入testdup2.dat中 */
/* 重定向恢復標準輸出 */
if (dup2(s_fd,n_fd) < 0) {
printf("err in dup2\n");
}
write(STDOUT_FILENO,TESTSTR,SIZEOFTESTSTR); /* 輸出到螢幕上 */
return 0;
}
注意這裡我在輸出數據的時候我是用了不帶緩衝的write庫函式，如果使用帶緩衝區的printf，則最終結果為螢幕上輸出兩行"Hello dup2"，而檔案testdup2.dat中為空，原因就是緩衝區作怪，由於最終的目標是螢幕，所以程式最後將緩衝區的內容都輸出到螢幕。
父子進程間的dup/dup2
由fork調用得到的子進程和父進程的相同檔案描述符共享同一檔案表項，如下圖所示：
父進程A的檔案描述符表
------------
fd0 0 | p0
------------
fd1 1 | p1 -------------> 檔案表1 ---------> vnode1
------------ /|\
fd2 2 | p2 |
------------ |
|
子進程B的檔案描述符表 |
------------ |
fd0 0 | p0 |
------------ |
fd1 1 | p1 ---------------------|
------------
fd2 2 | p2
------------
所以恰當的利用dup2和dup可以在父子進程之間建立一條“溝通的橋樑”。這裡不詳述。
小結
靈活的利用dup/dup2可以給你帶來很多強大的功能，花了一些時間總結出上面那么多，不知道自己理解的是否透徹，只能在以後的實踐中慢慢探索了。

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