linux系统编程之文件与I/O（五）：文件的内核结构file和dup实现重定向

一、打开文件内核数据结构

1、一个进程打开两个文件

文件状态标志：读、写、追加、同步、非阻塞等

2、一个进程两次打开同一文件

3、两个进程打开同一文件

示例程序：

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: file_share.c     > Author: Simba     > Mail: [email protected]     > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST  ************************************************************************/ #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #define ERR_EXIT(m) \      do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     }  while( 0) int main( int argc,  char *argv[]) {      int fd1, fd2;      char buf1[ 1024] = { 0};      char buf2[ 1024] = { 0};      /* 进程控制块PCB      * struct task {      * ...      * struct files_struct *files;      * }      * 同一个进程两次打开同一个文件，一个进程拥有的一个文件描述符表其中一个fd索引对应的指针指向一个      * 文件表(包括文件状态（读写追加同步非阻塞等），当前文件偏移量，      * 文件引用次数（当有两个fd指向同个文件表时引用计数为2，见dup,也可用于重定向），      * 文件操作指针， V节点指针等）不共享，      * V节点表（包括V节点信息（struct stat), i节点信息等）共享      */      /* 两个进程打开同一个文件的情况与上类同*/     fd1 = open( "test.txt", O_RDONLY);      if (fd1 == - 1)         ERR_EXIT( "open error");     read(fd1, buf1,  5);     printf( "buf1=%s\n", buf1);     fd2 = open( "test.txt", O_RDWR);      if (fd2 == - 1)         ERR_EXIT( "open error");     read(fd2, buf2,  5);     printf( "buf2=%s\n", buf2);     write(fd2,  "AAAAA",  5);     memset(buf1,  0,  sizeof(buf1));     read(fd1, buf1,  5);     printf( "buf1=%s\n", buf1);     close(fd1);     close(fd2);      return  0; }

假设test.txt文件的内容是 ABCDEhello

测试如下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/File_IO$ ./file_share 
buf1=ABCDE
buf2=ABCDE
buf1=AAAAA

test.txt文件内容变成 ABCDEAAAAA

分析：由上图分析可知，一个进程两次打开同一文件，文件表是不共享的，即各有自己的文件偏移量和打开文件标志，所以两次read不同的fd都是从头开始读取，但V节点表是共享的，在fd2写入（同个文件表的read和write是共享偏移的）更改了inode指向的硬盘数据块，再次read fd1得到的也是更改后的值。

二、I/O重定向

当我们执行了dup(3)之后，系统选择一个空闲的文件描述符即4，这样就有两个文件描述符指向同个文件表，所以引用计数为2。利用dup等函数可以进行重定向的步骤是先close输入输出文件描述符，然后执行dup(fd), 这样输入输出文件描述符也指向fd指向的文件，这样就实现了重定向。此外dup2, fcntl 函数也可以实现，其实不使用这些函数，而直接close（0/1/2）完再open也可以实现。如下使用cat命令实现复制文件的功能：

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: process_.c     > Author: Simba     > Mail: [email protected]     > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST  ************************************************************************/ #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #include<signal.h> #define ERR_EXIT(m) \      do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     }  while( 0) int main( int argc,  char *argv[]) {     close( 0);     open( "Makefile", O_RDONLY);     close( 1);     open( "test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,  0664);     execlp( "cat",  "cat",  NULL);      return  0; }

现在标准输入是文件Makefile，标准输出是文件test.txt ，将当前进程替换成cat，则cat会从标准输入读而后输出到标准输出，即完成了copy的功能。

dup/fcntl 函数示例程序如下：

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: file_dup.c     > Author: Simba     > Mail: [email protected]     > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST  ************************************************************************/ #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #define ERR_EXIT(m) \      do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     }  while( 0) /* dup dup2 fcntl */ int main( int argc,  char *argv[]) {      int fd;     fd = open( "test2.txt", O_WRONLY);      if (fd == - 1)         ERR_EXIT( "open error");      /*         close(1);         dup(fd);     */      //  dup2(fd, 1);     close( 1);      if (fcntl(fd, F_DUPFD,  0) <  0)  //从0开始搜索可用的fd         ERR_EXIT( "fcntl error");     printf( "hello\n");  // 输出重定向到test2.txt      return  0; }

参考：《APUE》