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
嵌入式开发交流群：289195589，欢迎加入！
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。