linux内核中的dup系统调用

linux内核中的dup系统调用

内核版本：2.6.14

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dup系统调用的服务例程为sys_dup函数，定义在fs/fcntl.c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，并使两个文件号都指向同一个文件，下面我们来分析一下它的代码。

1.sys_dup源码分析

asmlinkage long sys_dup(unsigned int fildes)//sys_dup函数的参数，即fildes，是文件描述符fd
{
	int ret = -EBADF;
	struct file * file = fget(fildes);//通过文件描述符找到对应的文件


	if (file)
		ret = dupfd(file, 0);//分配一个新的文件描述符fd，并将fd和file联系起来
	return ret;
}

1.1fget(fildes)

struct file fastcall *fget(unsigned int fd)
{
	struct file *file;
	struct files_struct *files = current->files;//获得当前进程的打开文件表


	rcu_read_lock();
	file = fcheck_files(files, fd);//根据fd从打开文件表files里取出相应的file结构变量
	if (file) {
		if (!rcuref_inc_lf(&file->f_count)) {  //增加引用
			/* File object ref couldn't be taken */
			rcu_read_unlock();
			return NULL;
		}
	}
	rcu_read_unlock();


	return file;
}
static inline struct file * fcheck_files(struct files_struct *files, unsigned int fd)
{
	struct file * file = NULL;
	struct fdtable *fdt = files_fdtable(files);


	if (fd < fdt->max_fds)
		file = rcu_dereference(fdt->fd[fd]);
	return file;
}

1.2dupfd(file, 0)

static int dupfd(struct file *file, unsigned int start)
{
	struct files_struct * files = current->files;
	struct fdtable *fdt;
	int fd;


	spin_lock(&files->file_lock);
	fd = locate_fd(files, file, start);//分配文件描述符
	if (fd >= 0) {
		/* locate_fd() may have expanded fdtable, load the ptr */
		fdt = files_fdtable(files);//获得文件描述符表
		FD_SET(fd, fdt->open_fds);//设置打开文件标记
		FD_CLR(fd, fdt->close_on_exec);
		spin_unlock(&files->file_lock);
		fd_install(fd, file);//建立fd和file的联系，之后通过fd就可以找到file
	} else {
		spin_unlock(&files->file_lock);
		fput(file);
	}


	return fd;
}

2.内核初始化中的相关源码分析

static int init(void * unused)
{
	...
	if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)
		printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial console.\n");
	//打开控制台，这样init进程就拥有一个控制台，并可以从中读取输入信息，也可以向其中写入信息

	(void) sys_dup(0);//调用dup打开/dev/console文件描述符两次，这样控制太设备也可以供表述输出和标准错误使用(文件描述符为1和2)
	(void) sys_dup(0);
	//假设sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) 成功执行，init进程就拥有3个文件描述符(标准输入、标准输出和标准错误)
	...
}

3.系统重定向

我们通过一个简单的来讲解重定向。
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），它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，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，类似于面向对象中的多态和重载。