unix/linux中的dup()系统调用
时间：2006-04-03 来源：dclroom
在linux纷繁复杂的内核代码中，sys_dup()的代码也许称得上是最简单的之一了，但是就是这么一个简单的系统调用，却成就了unix/linux系统最著名的一个特性：输入/输出重定向
sys_dup()的主要工作就是用来“复制”一个打开的文件号，使两个文件号都指向同一个文件。既然说简单，我们就首先来看一下它的代码（定义在fs/fcntl.c中）：
187 asmlinkage long sys_dup(unsigned int fildes)
188 {
189 int ret = -EBADF;
190 struct file * file = fget(fildes);
191
192 if (file)
193 ret = dupfd(file, 0);
194 return ret;
195 }
而sys_dup()的主体是dupfd()（定义在同一个文件中）：
116 static int dupfd(struct file *file, int start)
117 {
118 struct files_struct * files = current->files;
119 int ret;
120
121 ret = locate_fd(files, file, start);
122 if (ret < 0)
123 goto out_putf;
124 allocate_fd(files, file, ret);
125 return ret;
126
127 out_putf:
128 write_unlock(&files->file_lock);
129 fput(file);
130 return ret;
131 }
而这么一个简单的系统调用是如何完成重定向这个艰巨的任务的呢？我们不妨先看个例子。
当我们在shell下输入如下命令：“echo hello!”，这条命令要求shell进程执行一个可执行文件echo，参数为“hello!”。当 shell接收到命令之后，先找到bin/echo，然后fork()出一个子进程让他执行bin/echo，并将参数传递给它，而这个进程从shell 继承了三个标准文件，即标准输入（stdin），标准输出（stdout）和标准出错信息（stderr），他们三个的文件号分别为0、1、2。而至于 echo进程的工作很简单，就是将参数“hello!”写道标准输出文件中去，通常都是我们的显示器上。但是如果我们将命令改成“echo hello! > foo”，则在执行时输出将会被重定向到磁盘文件foo中。我们假定在此之前该shell进程只有三个标准文件打开，文件号分别为0、1、 2，以上命令行将按如下序列执行：
(1) 打开或创建磁盘文件foo，如果foo中原来有内容，则清除原来内容，其文件号为3。
(2) 通过dup()复制文件stdout，即将文件号1出的file结构指针复制到文件号4处，目的是将stdout的file指针暂时保存一下
(3) 关闭stdout，即1号文件，但是由于4号文件对stdout也同时有个引用，所以stdout文件并未真正关闭，只是腾出1号文件号位置。
(4) 通过dup()，复制3号文件（即磁盘文件foo），由于1号文件关闭，其位置空缺，故3号文件被复制到1号，即进程中原来指向stdout的指针指向了foo。
(5) 通过系统调用fork()和exec()创建子进程并执行echo，子进程在执行echo前夕关闭3号和4号文件，只留下0、1、2三个文件，请注意，这时的1号文件已经不是stdout而是磁盘文件foo了。当echo想向stdout文件写入“hello!”时自然就写入到了foo中。
(6) 回到shell后，关闭指向foo的1号与3号文件文件，再用dup()和close()将2号恢复至stdout，这样shell就恢复了0、1、2三个标准输入/输出文件。
由此可见，当echo程序（或其他）在运行的时候并不知道stdout（对于stdin和stderr同样）指向什么，进程与实际输出文件或设备的结合是在运行时由其父进程“包办”的。这样就简化了子进程的程序设计，因为在设计时只要跟三个逻辑上存在的文件打交道就可以了。可能有人会觉得这很像面向对象中的多态和重载，没有什么新奇之处，但是如果你活在30甚至40年前，可能你会改变你的看法。
sys_dup()的主要工作就是用来“复制”一个打开的文件号，使两个文件号都指向同一个文件。既然说简单，我们就首先来看一下它的代码（定义在fs/fcntl.c中）：
187 asmlinkage long sys_dup(unsigned int fildes)
188 {
189 int ret = -EBADF;
190 struct file * file = fget(fildes);
191
192 if (file)
193 ret = dupfd(file, 0);
194 return ret;
195 }
而sys_dup()的主体是dupfd()（定义在同一个文件中）：
116 static int dupfd(struct file *file, int start)
117 {
118 struct files_struct * files = current->files;
119 int ret;
120
121 ret = locate_fd(files, file, start);
122 if (ret < 0)
123 goto out_putf;
124 allocate_fd(files, file, ret);
125 return ret;
126
127 out_putf:
128 write_unlock(&files->file_lock);
129 fput(file);
130 return ret;
131 }
而这么一个简单的系统调用是如何完成重定向这个艰巨的任务的呢？我们不妨先看个例子。
当我们在shell下输入如下命令：“echo hello!”，这条命令要求shell进程执行一个可执行文件echo，参数为“hello!”。当 shell接收到命令之后，先找到bin/echo，然后fork()出一个子进程让他执行bin/echo，并将参数传递给它，而这个进程从shell 继承了三个标准文件，即标准输入（stdin），标准输出（stdout）和标准出错信息（stderr），他们三个的文件号分别为0、1、2。而至于 echo进程的工作很简单，就是将参数“hello!”写道标准输出文件中去，通常都是我们的显示器上。但是如果我们将命令改成“echo hello! > foo”，则在执行时输出将会被重定向到磁盘文件foo中。我们假定在此之前该shell进程只有三个标准文件打开，文件号分别为0、1、 2，以上命令行将按如下序列执行：
(1) 打开或创建磁盘文件foo，如果foo中原来有内容，则清除原来内容，其文件号为3。
(2) 通过dup()复制文件stdout，即将文件号1出的file结构指针复制到文件号4处，目的是将stdout的file指针暂时保存一下
(3) 关闭stdout，即1号文件，但是由于4号文件对stdout也同时有个引用，所以stdout文件并未真正关闭，只是腾出1号文件号位置。
(4) 通过dup()，复制3号文件（即磁盘文件foo），由于1号文件关闭，其位置空缺，故3号文件被复制到1号，即进程中原来指向stdout的指针指向了foo。
(5) 通过系统调用fork()和exec()创建子进程并执行echo，子进程在执行echo前夕关闭3号和4号文件，只留下0、1、2三个文件，请注意，这时的1号文件已经不是stdout而是磁盘文件foo了。当echo想向stdout文件写入“hello!”时自然就写入到了foo中。
(6) 回到shell后，关闭指向foo的1号与3号文件文件，再用dup()和close()将2号恢复至stdout，这样shell就恢复了0、1、2三个标准输入/输出文件。
由此可见，当echo程序（或其他）在运行的时候并不知道stdout（对于stdin和stderr同样）指向什么，进程与实际输出文件或设备的结合是在运行时由其父进程“包办”的。这样就简化了子进程的程序设计，因为在设计时只要跟三个逻辑上存在的文件打交道就可以了。可能有人会觉得这很像面向对象中的多态和重载，没有什么新奇之处，但是如果你活在30甚至40年前，可能你会改变你的看法。
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