關於fork后exec子進程繼承父進程文件描述符保持開放的問題

在多進程編程中，根據業務需要會通過fork+exec執行shell腳本或其它程序，在fork后父、子進程對於每一個打開的文件描述符共享同一個文件表項，此時可能有多個文件描述符項指向同一文件表項。有時子進程不需要繼承父進程的文件描述符，並且在exec后子進程繼承下來的文件描述符成了耗費系統資源的一個累贅，此時應該怎么處理呢？接下來我將分享下我在工作中遇到的問題以及解決方案。

1、首先介紹一下fcntl函數，以下摘自Unix環境高級編程：

   #include <unistd.h>
   #include <fcntl.h>
   int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

fcntl函數有五種功能：
• 復制一個現存的描述符（cmd＝F_DUPFD）。
• 獲得/設置文件描述符標記（cmd = F_GETFD或F_SETFD）。
• 獲得/設置文件狀態標志（cmd = F_GETFL或F_SETFL）。
• 獲得/設置異步I/O有權（cmd = F_GETOW N或F_SETOWN）。
• 獲得/設置記錄鎖（cmd = F_GETLK , F_SETL K或F_ SETLKW）
• F_DUPFD 復制文件描述符f i l e d e s，新文件描述符作為函數值返回。它是尚未打開的各
描述符中大於或等於第三個參數值（取為整型值）中各值的最小值。新描述符與 filedes共享同
一文件表項（見圖3-3）。但是，新描述符有它自己的一套文件描述符標志，其 FD_CLOEXEC
文件描述符標志則被清除（這表示該描述符在 exec 時仍保持開放，我們將在第 8章對此進行
討論）。
• F_GETFD 對應於filedes 的文件描述符標志作為函數值返回。當前只定義了一個文件描
述符標志FD_CLOEXEC。
• F_SETFD 對於filedes 設置文件描述符標志。新標志值按第三個參數(取為整型值)設置。
應當了解很多現存的涉及文件描述符標志的程序並不使用常數FD_CLOEXEC，而是將此
標志設置為0 (系統默認，在exec時不關閉)或1 (在exec時關閉)。
• F_GETFL 對應於filedes 的文件狀態標志作為函數值返回。在說明open函數時，已說明
了文件狀態標志。它們列於表3 - 2中。

不幸的是，三個存取方式標志( O_RDONLY, O_WRONLY,以及O_RDWR )並不各占1位。(正
如前述，這三種標志的值各是 0、1和2，由於歷史原因。這三種值互斥 — 一個文件只能有這
三種值之一。)因此首先必須用屏蔽字O_ACCMODE取得存取方式位，然后將結果與這三種值
相比較。
• F_SETFL 將文件狀態標志設置為第三個參數的值(取為整型值)。可以更改的幾個標志是：
O_APPEND，O_NONBLOCK，O_SYNC和O_ASYNC。
• F_GETOWN 取當前接收SIGIO和SIGURG信號的進程ID或進程組ID。12.6.2節將論述這
兩種4.3 + BSD異步I/O信號。
• F_SETOWN 設置接收SIGIO和SIGURG信號的進程ID或進程組ID。正的arg指定一個進
程ID，負的a rg表示等於arg絕對值的一個進程組ID。
fcntl的返回值與命令有關。如果出錯，所有命令都返回－ 1，如果成功則返回某個其他值。
下列三個命令有特定返回值：F_DUPFD,F_GETFD, F_GETFL以及F_GETOWN。第一個返回新
的文件描述符，第二個返回相應標志，最后一個返回一個正的進程 ID或負的進程組ID。

2、對一個文件描述符設置\清除一個或多個文件狀態標志

	#include <stdio.h>
	#include <unistd.h>
	#include <fcntl.h>
	void set_fl(int fd, int flags)
	{
		int val;
		if ((val = fcntl(fd, F_GETFL, 0)) < 0)
			printf("fcntl F_GETFL error!\n");
		val |= flags;
		if (fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0)
			printf("fcnt F_SETFL error!\n");
	}
	
	void clr_fl(int fd, int flags)
	{
		int val;
		if ((val = fcntl(fd, F_GETFL, 0)) < 0)
			printf("fcntl F_GETFL error!\n");
		val &= ~flags;
		if (fcntl(fd, F_SETFL, val) < 0)
			printf("fcnt F_SETFL error!\n");
	}       

3、fork后exec子進程繼承父進程文件描述符保持開放的問題

由於工作原因，需要通過fork后exec執行ffmpeg推流，於是發現fork后子進程繼承了父進程文件描述符，導致大量系統資源被占用。查看進程打開的文件描述符可以通過以下命令查看：
    ps -ef | grep [pid];
    lsof -p [pid];

也可以通過

     ll proc/[pid]/fd

來查看進程打開的文件描述符選項。

4、解決方案

1、用getrlimit函數獲取最大文件描述符，系統資源的最大使用量，此處參考APUE的做法

	#include <sys/time.h>
	#include <sys/resource.h>
	#include <unistd.h>
	int close_all_fd(void)
	{
		struct rlimit lim;
		unsigned int i;
		if (getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &lim) < 0)
			return -1;
		if (lim.rlim_cur == RLIM_INFINITY)
			lim.rlim_cur = 1024;
		for (i = 0; i < lim.rlim_cur; i++) {
	#ifdef MYPERF
			if (i == 1)
				continue;
	#endif
			if (close(i) < 0 && errno != EBADF)
				return -1;
		}
		return 0;
	}  

由於ffmpeg子進程需要讀取我的fifofd 還需要將fifofd排除在外，並且個人覺得這種方式不優雅，在開啟守護進程的時候可以用這套方案

2、通過設置文件描述符標志FD_CLOEXEC，則子進程不會繼承父進程文件描述符

    int flags = fcntl(iSockFd, F_GETFD);
    flags |= FD_CLOEXEC;
    fcntl(iSockFd, F_SETFD, flags);

在多進程中個人比較推薦這種方式操作文件描述符，個人水平有限，如果有錯誤還請指正

由於之前個人比較懶散，並且寫作水平很差，於是沒有將一些問題記錄下來，最近重讀Unix環境高級編程一書，發現了很多之前沒有注意的問題，下定決心將各種問題再次記錄下來，以便以后查閱。
之前讀書一直都沒有記筆記的習慣，導致讀完就忘，這次需要重讀的書籍有TCP/IP詳解卷一卷二，設計模式，算法第四版，大話數據結構，數據結構C語言描述，Effective C++ ,More Effective C++,Unix網絡編程卷一卷二。為了支撐自己讀完這些書籍，一定要多些博客記筆記啊。