系统编程-文件IO-dup和dup2系统调用

在linux下，一切皆文件。

文件描述符用于操作文件。

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表示标准输入，1表示标准输出，2表示标准错误。

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。

1、 dup函数

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);

功能：复制一个文件描述符

返回值：成功则返回一个新的文件描述符，失败则返回-1。

当复制成功时，返回值是当前进程可用的最小的文件描述符，返回的新文件描述符和参数oldfd指向同一个文件，

若有错误则返回-1，错误代码存于errno中。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
    int fd = open("a.txt", O_RDWR | O_CREAT);
    if(fd == -1)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    printf("file open fd = %d\n", fd);

    // 找到进程文件描述表中第一个可用的文件描述符A
    // 将参数指定的文件描述符B复制给A，并返回A
    int fd2 = dup(fd);
    if(fd2 == -1)
    {
        perror("dup");
        exit(1);
    }

    printf("dup fd = %d\n", fd2);

    char* buf = "hello";
    char* buf1 = " world\n";

    write(fd, buf, strlen(buf));
    write(fd2, buf1, strlen(buf1));

    close(fd);
    return 0;
}

root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# ./ab
file open fd = 3
dup fd = 4
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# cat a.txt
hello world
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# 

2. dup2函数

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);

功能：复制一个文件描述符，且指定文件描述符newfd为oldfd的复制版本。

返回值：成功返回newfd，失败返回-1。

dup2函数成功返回时，目标描述符(函数第二个参数，newfd)将变成源描述符(函数第一个参数，oldfd)的复制品，

即，两个文件描述符现在都指向同一个文件，并且是源描述符指向的文件。

若有错误则返回-1，错误代码存于errno中。

dup2详解：

①、如果newfd已经打开，则先将其关闭，再指定文件描述符newfd为oldfd的复制版本。
②、如果newfd等于oldfd，则dup2直接返回newfd, 而不关闭它。

//测试dup2函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
    int fd = open("b.txt", O_RDWR | O_CREAT);
    if(fd == -1)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    int fd1 = open("a.txt", O_RDWR);
    if(fd1 == -1)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    printf("fd = %d\n", fd);
    printf("fd1 = %d\n", fd1);

    int curfd = dup2(fd, fd1);  //让fd1和fd同时指向b.txt
    if(curfd == -1)
    {
        perror("dup2");
        exit(1);
    }
    printf("current fd = %d\n", curfd);
    char* buf = "hello\n";
    char* buf1 = "world!\n";
    write(fd, buf, strlen(buf));
    write(fd1, buf1 , strlen(buf1));

    close(fd);
    close(fd1);
return 0;
}

编译运行：

root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# gcc dup2.c -o ab
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# ./ab
fd = 3
fd1 = 4
current fd = 4
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# cat b.txt
hello
world!
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# cat a.txt
hello world
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# 

实验前后，a.txt的内容未发生改变，同时根据实验后b.txt的内容，证实了dup2函数功能的有效性。

注意：
通过dup和dup2创建的文件描述符，不继承原文件描述符的close-on-exec和non-blocking属性。

细节补充：

int dup(int oldfd);

dup函数：函数执行成功时，新得到的文件描述符和oldfd，共享文件偏移量和文件状态。

共享偏移量测试代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

// off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence)；第二个参数是偏移量，第三个参数是起始地址，要注意区分
int main(int argc, char const *argv[])
{
    int fd = open("b.txt", O_RDONLY);

  //1. 先复制fd，得到copyfd
    int copyFd = dup(fd);

  //2. 然后对fd、copyfd中的一个文件描述符进行操作，观察另一个文件描述符的变化
    //置fd对应的当前文件数据索引偏移量到文件尾
    unsigned long offset = lseek(fd, 0, SEEK_END);

    // 打印偏移量
    printf("fd = %d , 距离文件头的偏移量：%ld\n", fd, offset); 

    //打印copyFd的文件数据索引偏移量
    printf("copyFd = %d , 距离文件头的偏移量：%ld\n", copyFd, lseek(copyFd, 0, SEEK_CUR)); 

    return 0;
}

编译运行：

root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# gcc dup_2.c -o ab
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# ./ab
fd = 3 , 距离文件头的偏移量：14
copyFd = 4 , 距离文件头的偏移量：14
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup#
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# 

现象和结论：使用了dup，操纵fd的文件数据索引偏移，导致copyfd的偏移量也跟着移动到了文件末尾。

int dup2(int oldfd, int newfd);

dup2函数：函数执行成功时，新得到的文件描述符newfd和oldfd，共享文件偏移量和文件状态。

共享偏移量测试代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int fd = open("b.txt", O_RDONLY);
    int newfd;

  //1. 获取有效的newfd
    newfd = dup2(fd, 14);

  //2. 然后对fd、newfd中的一个文件描述符进行操作，观察另一个文件描述符的变化
    //置fd对应的文件数据索引偏移到文件尾
    unsigned long offset = lseek(fd, 0, SEEK_END);

    // 打印偏移量
    printf("fd = %d , 距离文件头的偏移量：%ld\n", fd, offset); 

    //打印newfd的文件数据索引偏移
    printf("newfd = %d , 距离文件头的偏移量：%ld\n", newfd, lseek(newfd, 0, SEEK_CUR)); 

    return 0;
}

编译运行：

root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# gcc dup_2.c -o ab
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# ./ab
fd = 3 , 距离文件头的偏移量：14
newfd = 14 , 距离文件头的偏移量：14
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/桌面/linux_system_program/dup2_dup# 

现象和结论：使用了dup2，操纵fd的文件数据索引偏移，导致newfd的偏移量也跟着移动到了文件末尾。

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