文件描述符的复制

文件描述符的复制的API

Linux提供了三个复制文件描述符的系统调用，分别为：

int dup(int oldfd);

int dup2(int oldfd, int newfd);

int dup3(int oldfd, int newfd, int flags);

其中：

dup会使用一个最小的未用文件描述符作为复制后的文件描述符。

dup2是使用用户指定的文件描述符newfd来复制oldfd的。如果newfd已经是打开的文件描述符，Linux会先关闭newfd，然后再复制oldfd。

若oldfd等于newfd，则dup2返回newfd，而不关闭它。

dup3，只有定义了feature宏“_GNU_SOURCE”才可以使用，它比dup2多了一个参数，可以指定标志——不过目前仅仅支持O_CLOEXEC标志，可在newfd上设置O_CLOEXEC标志。定义dup3的原因与open类似，可以在进行dup操作的同时原子地将fd设置为O_CLOEXEC，从而避免将文件内容暴露给子进程。

这些函数返回的新的文件描述符与参数oldfd，共享一个文件表项

为什么会有dup、dup2、dup3这种像兄弟一样的系统调用呢？

这是因为随着软件工程的日益复杂，已有的系统调用已经无法满足需求，或者存在安全隐患，这时，就需要内核针对已有问题推出新的接口。

话说在很久以前，程序员在写daemon服务程序时，基本上都有这样的流程：

首先关闭标准输出stdout、标准出错stderr，然后进行dup操作，将stdout或stderr重定向。但是在多线程程序成为主流以后，由于close和dup操作不是原子的，这就造成了在某些情况下，重定向会失败。

因此就引入了dup2将close和dup合为一个系统调用，以保证原子性，然而这依然有问题。大家可以回顾1.2.2节中对O_CLOEXEC的介绍。在多线程中进行fork操作时，dup2同样会有让相同的文件描述符暴露的风险，dup3也就随之诞生了。这三个系统调用看起来有些冗余重复，但实际上它们也是软件工程发展的结果。从这个dup的发展过程来看，我们也可以领会到编写健壮代码的不易。正如前文所述，对于一个现代接口，一般都会有一个flag标志参数，这样既可以保证兼容性，还可以通过引用新的标志来改善或纠正接口的行为。

打开文件的选项：

O_CLOEXEC：在打开文件的时候，就为文件描述符设置FD_CLOEXEC标志。这是一个新的选项，用于解决在多线程下fork与用fcntl设置FD_CLOEXEC的竞争问题。某些应用使用fork来执行第三方的业务，为了避免泄露已打开文件的内容，那些文件会设置FD_CLOEXEC标志。但是fork与fcntl是两次调用，在多线程下，可能会在fcntl调用前，就已经fork出子进程了，从而导致该文件句柄暴露给子进程。关于O_CLOEXEC的用途，将会在第4章详细讲解

下面先看dup的实现，如下所示：

SYSCALL_DEFINE1(dup, unsigned int, fildes) 
{
    int ret = -EBADF;
    /* 必须先得到文件管理结构file，同时也是对描述符 fildes的检查 */
    struct file *file = fget_raw(fildes); 
    if (file) { 
        /* 得到一个未使用的文件描述符 */
        ret = get_unused_fd();
        if (ret >= 0)
        {
             /* 将文件描述符与 file指针关联起来 */
             fd_install(ret, file);
        }
        else
            fput(file); 
    }
    return ret;
}

void fd_install(unsigned int fd, struct file *file)
{
    struct files_struct *files = current->files;
    struct fdtable *fdt;
    /* 对文件表进行保护 */ 
    spin_lock(&files->file_lock); 
    /* 得到文件表 */
    fdt = files_fdtable(files);
    BUG_ON(fdt->fd[fd] != NULL);
    /* 让文件表中 fd对应的指针等于该文件关联结构 file */ 
    rcu_assign_pointer(fdt->fd[fd], file);
    spin_unlock(&files->file_lock); 
}

SYSCALL_DEFINE2(dup2, unsigned int, oldfd, unsigned int, newfd) 
{ 
    /* 如果 oldfd与 newfd相等，这是一种特殊的情况 */ 
    if (unlikely(newfd == oldfd)) 
    { 
        /* corner case */ 
        struct files_struct *files = current->files;
        int retval = oldfd; 
        /*检查 oldfd的合法性，如果是合法的 fd，则直接返回 oldfd的值；如果是不合法的，则返回 EBADF */
        rcu_read_lock(); 
        if (!fcheck_files(files, oldfd)) 
            retval = -EBADF;
        rcu_read_unlock();
        return retval;
     }
     /* 如果 oldfd与 newfd不同，则利用sys_dup3来实现 dup2 */ 
     return sys_dup3(oldfd, newfd, 0); 
}