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

/*************************************************************************    > File Name: file_share.c    > Author: Simba    > Mail: [e-mail]    > 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：

/*************************************************************************    > File Name: process_.c    > Author: Simba    > Mail: [e-mail]    > 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：

/*************************************************************************    > File Name: file_dup.c    > Author: Simba    > Mail: [e-mail]    > 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》
转载自http://blog.csdn.net/jnu_simba/article/details/8926258