linux之dup和dup2函數解析

1. 文件描述符在內核中數據結構
在具體說dup/dup2之前，我認為有必要先了解一下文件描述符在內核中的形態。一個進程在此存在期間，會有一些文件被打開，從而會返回一些文件描述符，從shell中運行一個進程，默認會有3個文件描述符存在(0、１、2), 0與進程的標准輸入相關聯，１與進程的標准輸出相關聯，2與進程的標准錯誤輸出相關聯，一個進程當前有哪些打開的文件描述符可以通過/proc/進程ID/fd目錄查看。　下圖可以清楚的說明問題：
進程表項

————————————————

　　　fd標志　文件指針

       _____________________

fd 0:|________|____________|------------> 文件表

fd 1:|________|____________|

fd 2:|________|____________|

fd 3:|________|____________|

      |     .......         |

      |_____________________|

圖１

文件表中包含：文件狀態標志、當前文件偏移量、v節點指針，這些不是本文討論的重點，我們只需要知道每個打開的文件描述符(fd標志)在進程表中都有自己的文件表項，由文件指針指向。
2. dup/dup2函數
APUE和man文檔都用一句話簡明的說出了這兩個函數的作用：復制一個現存的文件描述符。
#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);
從圖１來分析這個過程，當調用dup函數時，內核在進程中創建一個新的文件描述符，此描述符是當前可用文件描述符的最小數值，這個文件描述符指向oldfd所擁有的文件表項。
　　進程表項

————————————————

　　　fd標志　文件指針

       _____________________

fd 0:|________|____________|                   ______

fd 1:|________|____________|----------------> |      |

fd 2:|________|____________|                  |文件表|

fd 3:|________|____________|----------------> |______|

      |     .......         |

      |_____________________|

                圖2：調用dup后的示意圖
如圖2所示，假如oldfd的值為1，當前文件描述符的最小值為3，那么新描述符3指向描述符１所擁有的文件表項。
dup2和dup的區別就是可以用newfd參數指定新描述符的數值，如果newfd已經打開，則先將其關閉。如果newfd等於oldfd，則dup2返回newfd, 而不關閉它。dup2函數返回的新文件描述符同樣與參數oldfd共享同一文件表項。
APUE用另外一個種方法說明了這個問題：
實際上，調用dup(oldfd)等效於
fcntl(oldfd, F_DUPFD, 0)
而調用dup2(oldfd, newfd)等效於
close(oldfd)；
fcntl(oldfd, F_DUPFD, newfd)；

實例：

dup 和 dup2 都可以用來復制一個現存的文件描述符。經常用來重新定向進程的 STDIN, STDOUT, STDERR。

dup 函數 
dup 函數定義在 <unistd.h> 中，函數原形為：

int dup ( int filedes ) ; 
函數返回一個新的描述符，這個新的描述符是傳給它的描述符的拷貝，若出錯則返回 －1。由dup返回的新文件描述符一定是當前可用文件描述符中的最小數值。這函數返回的新文件描述符與參數 filedes 共享同一個文件數據結構。

dup函數實例：
[lingyun@localhost dup]$ ls
dup.c
[lingyun@localhost dup]$ cat dup.c 
/*********************************************************************************
 *      Copyright:  (C) 2013 fulinux<[e-mail]> 
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  dup.c
 *    Description:  This file 
 *                 
 *        Version:  1.0.0(07/31/2013~)
 *         Author:  fulinux <[e-mail]>
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "07/31/2013 04:00:06 PM"
 *                 
 ********************************************************************************/


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


int main(int argc, char* argv[])
{
    int fd = open("hello", O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC, S_IRUSR|S_IWUSR);
    if(fd < 0)
    {
        printf("Open Error!!\n");
        return 0;
    }


    int nfd = dup(fd);
    if(nfd < 0)
    {
        printf("Error!!\n");
        return 0;
    }


    char buf[1000];
    int n;


    while((n = read(STDIN_FILENO, buf,1000)) > 0)
    {
        if(write(nfd, buf, n) != n)
        {
            printf("Write Error!!\n");
            return 0;
        }
    }
    return 0;


}



上面代碼中，nfd 拷貝了 fd，所以 write ( nfd, buf, n ) 這語句寫到 nfd 所代表的文件時也就是寫到 fd 所代表的文件。程序執行完后可以在相應的目錄的hello文件中看到輸出。
[lingyun@localhost dup]$ gcc dup.c 
[lingyun@localhost dup]$ ls
a.out  dup.c
[lingyun@localhost dup]$ ./a.out 
hello world
^C
[lingyun@localhost dup]$ ls
a.out  dup.c  hello
[lingyun@localhost dup]$ cat hello 
hello world
[lingyun@localhost dup]$ 




dup2 函數 
dup2 函數定義在 <unistd.h> 中，函數原形為：

int dup2( int filedes, int filedes2 ) 
同樣，函數返回一個新的文件描述符，若出錯則返回 －1。與 dup 不同的是，dup2 可以用 filedes2 參數指定新描述符的數值。如果 filedes2 已經打開,則先將其關閉。如若 filedes 等於 filedes2 , 則 dup2 返回 filedes2 , 而不關閉它。同樣，返回的新文件描述符與參數 filedes 共享同一個文件數據結構。

dup2函數實例：

[lingyun@localhost dup2]$ ls
dup2.c
[lingyun@localhost dup2]$ cat dup2.c 
/*********************************************************************************
 *      Copyright:  (C) 2013 fulinux<[e-mail]> 
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  dup2.c
 *    Description:  This file 
 *                 
 *        Version:  1.0.0(07/31/2013~)
 *         Author:  fulinux <[e-mail]>
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "07/31/2013 08:22:19 PM"
 *                 
 ********************************************************************************/


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


int main(int argc, char* argv[])
{
    int fd = open("hello.file", O_CREAT|O_RDWR|O_TRUNC,S_IRUSR|S_IWUSR);
    if(fd < 0)
    {
        printf("Open Error!!\n");
        return 0;
    }


    int nfd = dup2(fd, STDOUT_FILENO);
    if(nfd < 0)
    {
        printf("Error!!\n");
        return 0;
    }


    char buf[5];
    int n;


    while((n = read(STDIN_FILENO, buf, 5)) > 0)
        if(write(nfd, buf, n) != n)
        {
            printf("Write Error!!\n");
            return 0;
        }
    return 0;
}

上面的例子使用dup2將標准輸出重定向為hello.file文件，如下所示：
[lingyun@localhost dup2]$ ls
dup2.c
[lingyun@localhost dup2]$ gcc dup2.c 
[lingyun@localhost dup2]$ ./a.out 
hello world
^C
[lingyun@localhost dup2]$ cat hello.file 
hello world
[lingyun@localhost dup2]$ 

轉自：http://blog.csdn.net/fulinus/article/details/9669177