（一）dup函式，dup2()函式
1.dup和dup2也是兩個非常有用的呼叫，它們的作用都是用來複制一個檔案的描述符。它們經

常用來重定向程序的stdin、stdout和stderr。這兩個函式的 原形如下：
#include <unistd.h>   
int dup( int oldfd );   
int dup2( int oldfd, int targetfd )
    利用函式dup，我們可以複製一個描述符。傳給該函式一個既有的描述符，它就會返回一

個新的描述符，這個新的描述符是傳給它的描述符的拷貝。這意味著，這兩個描述符共享同一

個數據結構。例如，如果我們對一個檔案描述符執行lseek操作，得到的第一個檔案的位置和

第二個是一樣的。下面是用來說明dup函式使用方法的程式碼片段：
int fd1, fd2; 
 ...
fd2 = dup( fd1 );
    需要注意的是，我們可以在呼叫fork之前建立一個描述符，這與呼叫dup建立描述符的效

果是一樣的，子程序也同樣會收到一個複製出來的描述符。
    dup2函式跟dup函式相似，但dup2函式允許呼叫者規定一個有效描述符和目標描述符的id

。dup2函式成功返回時，目標描述符（dup2函式的第二個引數）將變成源描述符（dup2函式的

第一個引數）的複製品，換句話說，兩個檔案描述符現在都指向同一個檔案，並且是函式第一

個引數指向的檔案。下面我們用一段程式碼加以說明：
int oldfd;  
oldfd = open("app_log", (O_RDWR | O_CREATE), 0644 );   
dup2( oldfd, 1 );   
close( oldfd );
        本例中，我們打開了一個新檔案，稱為“app_log”，並收到一個檔案描述符，該描述符

叫做fd1。我們呼叫dup2函式，引數為oldfd和1，這會導致用我們新開啟的檔案描述符替換掉

由1代表的檔案描述符（即stdout，因為標準輸出檔案的id為1）。任何寫到stdout的東西，現

在都將改為寫入名為“app_log”的檔案中。需要注意的是，dup2函式在複製了oldfd之後，會

立即將其關閉，但不會關掉新近開啟的檔案描述符，因為檔案描述符1現在也指向它。
        下面我們介紹一個更加深入的示例程式碼。回憶一下本文前面講的命令列管道，在那裡，我

們將ls –1命令的標準輸出作為標準輸入連線到wc –l命令。接下來，我們就用一個C程式來

加以說明這個過程的實現。程式碼如下面的示例程式碼3所示。
        在示例程式碼3中，首先在第9行程式碼中建立一個管道，然後將應用程式分成兩個程序：一個

子程序（第13–16行）和一個父程序（第20–23行）。接下來，在子程序中首先關閉stdout描

述符（第13行），然後提供了ls –1命令功能，不過它不是寫到stdout（第13行），而是寫到

我們建立的管道的輸入端，這是通過dup函式來完成重定向的。在第14行，使用dup2 函式把

stdout重定向到管道（pfds[1]）。之後，馬上關掉管道的輸入端。然後，使用execlp函式把

子程序的映像替換為命令ls –1的程序映像，一旦該命令執行，它的任何輸出都將發給管道的

輸入端。
        現在來研究一下管道的接收端。從程式碼中可以看出，管道的接收端是由父程序來擔當的。

首先關閉stdin描述符（第20行），因為我們不會從機器的鍵盤等標準裝置檔案來接收資料的

輸入，而是從其它程式的輸出中接收資料。然後，再一次用到dup2函式（第21行），讓stdin

變成管道的輸出端，這是通過讓檔案描述符0（即常規的stdin）等於pfds[0]來實現的。關閉

管道的stdout端（pfds[1]），因為在這裡用不到它。最後，使用 execlp函式把父程序的映像

替換為命令wc -1的程序映像，命令wc -1把管道的內容作為它的輸入（第23行）。
示例程式碼3：利用C實現命令的流水線操作的程式碼    
1:       #include <stdio.h>    
2:       #include <stdlib.h>    
3:       #include <unistd.h>    
4:    
5:       int main()    
6:       {    
7:         int pfds[2];    
8:    
9:         if ( pipe(pfds) == 0 ) ...{    
10:    
11:           if ( fork() == 0 ) ...{    
12:    
13:             close(1);    
14:             dup2( pfds[1], 1 );    
15:             close( pfds[0] );    
16:             execlp( "ls", "ls", "-1", NULL );    
17:    
18:           } else ...{    
19:    
20:             close(0);    
21:             dup2( pfds[0], 0 );    
22:             close( pfds[1] );    
23:             execlp( "wc", "wc", "-l", NULL );    
24:    
25:           }    
26:    
27:         }    
28:    
29:         return 0;    
30:       }

        在該程式中，需要格外關注的是，我們的子程序把它的輸出重定向的管道的輸入，然後，

父程序將它的輸入重定向到管道的輸出。這在實際的應用程式開發中是非常有用的一種技術。
1. 檔案描述符在核心中資料結構

        在具體說dup/dup2之前，　我認為有必要先了解一下檔案描述符在核心中的形態。

一個程序在此存在期間，會有一些檔案被開啟，從而會返回一些檔案描述符，從shell

中執行一個程序，預設會有3個檔案描述符存在(0、１、2), 0與程序的標準輸入相關聯，

１與程序的標準輸出相關聯，2與程序的標準錯誤輸出相關聯，一個程序當前有哪些開啟

的檔案描述符可以通過/proc/程序ID/fd目錄檢視。　下圖可以清楚的說明問題：

　　程序表項
————————————————

　　　fd標誌　檔案指標
      _____________________
fd 0:|________|____________|------------> 檔案表
fd 1:|________|____________|
fd 2:|________|____________|
fd 3:|________|____________|
     |     .......         |
     |_____________________|

                圖１
　　　　　　　
檔案表中包含:檔案狀態標誌、當前檔案偏移量、v節點指標，這些不是本文討論的

重點，我們只需要知道每個開啟的檔案描述符(fd標誌)在程序表中都有自己的檔案表

項，由檔案指標指向。
2. dup/dup2函式

APUE和man文件都用一句話簡明的說出了這兩個函式的作用：複製一個現存的檔案描述符。

#include <unistd.h>

int dup(int oldfd);

int dup2(int oldfd, int newfd);

從圖１來分析這個過程，當呼叫dup函式時，核心在程序中建立一個新的檔案描述符，此

描述符是當前可用檔案描述符的最小數值，這個檔案描述符指向oldfd所擁有的檔案表項。

　　程序表項
————————————————

　　　fd標誌　檔案指標
      _____________________
fd 0:|________|____________|                   ______
fd 1:|________|____________|----------------> |      |
fd 2:|________|____________|                  |檔案表|
fd 3:|________|____________|----------------> |______|
     |     .......         |
     |_____________________|

                圖2：呼叫dup後的示意圖

如圖2 所示，假如oldfd的值為1, 當前檔案描述符的最小值為3,　那麼新描述符3指向

描述符１所擁有的檔案表項。

         dup2和dup的區別就是可以用newfd引數指定新描述符的數值，如果newfd已經開啟，則

先將其關閉。如果newfd等於oldfd，則dup2返回newfd, 而不關閉它。dup2函式返回的新

檔案描述符同樣與引數oldfd共享同一檔案表項。

APUE用另外一個種方法說明了這個問題：

實際上，呼叫dup(oldfd)；

等效與
        fcntl(oldfd, F_DUPFD, 0)

而呼叫dup2(oldfd, newfd)；

等效與
        close(oldfd)；
        fcntl(oldfd, F_DUPFD, newfd)；
（二）open函式
open 函式用於開啟和建立檔案。以下是 open 函式的簡單描述
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int oflag, ... );
返回值：成功則返回檔案描述符，否則返回 -1

對於 open 函式來說，第三個引數（...）僅當建立新檔案時才使用，用於指定檔案的訪問許可權位（access permission bits）。pathname 是待開啟/建立檔案的路徑名（如 C:/cpp/a.cpp）；oflag 用於指定檔案的開啟/建立模式，這個引數可由以下常量（定義於 fcntl.h）通過邏輯或構成。

O_RDONLY      只讀模式
O_WRONLY      只寫模式
O_RDWR        讀寫模式

開啟/建立檔案時，至少得使用上述三個常量中的一個。以下常量是選用的：

O_APPEND       每次寫操作都寫入檔案的末尾
O_CREAT        如果指定檔案不存在，則建立這個檔案
O_EXCL         如果要建立的檔案已存在，則返回 -1，並且修改 errno 的值
O_TRUNC        如果檔案存在，並且以只寫/讀寫方式開啟，則清空檔案全部內容
O_NOCTTY       如果路徑名指向終端裝置，不要把這個裝置用作控制終端。
O_NONBLOCK     如果路徑名指向 FIFO/塊檔案/字元檔案，則把檔案的開啟和後繼 I/O設定為非阻塞模式（nonblocking mode）

以下三個常量同樣是選用的，它們用於同步輸入輸出

O_DSYNC        等待物理 I/O 結束後再 write。在不影響讀取新寫入的資料的前提下，不等待檔案屬性更新。
O_RSYNC        read 等待所有寫入同一區域的寫操作完成後再進行
O_SYNC         等待物理 I/O 結束後再 write，包括更新檔案屬性的 I/O

open 返回的檔案描述符一定是最小的未被使用的描述符。
    如果 NAME_MAX（檔名最大長度，不包括'\0'）是 14，而我們想在當前目錄下建立檔名長度超過 14 位元組的檔案，早期的 System V 系統（如 SVR2）會截斷超出部分，只保留前 14 個位元組；而由 BSD 衍生的（BSD-derived）系統會返回錯誤資訊，並且把 errno 置為 ENAMETOOLONG。
    POSIX.1 引入常量 _POSIX_NO_TRUNC 用於決定是否截斷長檔名/長路徑名。如果_POSIX_NO_TRUNC 設定為禁止截斷，並且路徑名長度超過 PATH_MAX（包括 '\0'），或者組成路徑名的任意檔名長度超過 NAME_MAX，則返回錯誤資訊，並且把 errno 置為ENAMETOOLONG。

what is the difference between

fopen and open
fread and read
fwrite and write
open and creat