不呼叫fcntl函式實現dup2函式

問題描述

dup2函式頭定義為int dup2(int fd, int fd2)，返回值為fd2指定的檔案描述符，指向fd指向的檔案，如果fd2已經開啟，則需先關閉；如果fd == fd2，則無需關閉fd2。

解題思路

1、尋找需要的檔案描述符
不能呼叫fcntl，那麼我們只能呼叫dup函式，這個函式會返回當前可用的檔案描述符中的最小值，迴圈n次呼叫直到返回值等於fd2。

2、呼叫dup的負面影響
這個時候我們打開了n-1個無用的檔案，這些並不是我們需要或者預期的，返回前需關閉。否則不但會佔用大量系統資源，使得系統無法開啟新的檔案，甚至這些預期之外的檔案描述符也可以訪問或者修改檔案，形成安全隱患。

3、消除dup造成的隱患
線性結構記錄n-1個檔案描述符，並依次關閉

4、錯誤error處理
dup呼叫錯誤：包括指定的fd2過大，開啟的檔案描述符超出限制。在不考慮其他程式也呼叫此函式的情況下，我們可以通過sysconf函式來獲取開啟上限。

5、測試問題
定義一個檔案描述符x指向標準輸出，並通過x寫入一段特定的字元，檢視是否會在標準輸出是列印，也可以直接重定向到指定檔案檢視。

程式碼實現

本文采用c語言實現該邏輯：

#include "apue.h"
#include <myerr.h>
 

#include <limits.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>

#ifdef OPEN_MAX
static long openmax = OPEN_MAX;
#else
static long openmax = 0;
#endif

int mydup(int fd, int fd2){
    //獲取系統允許的最大的檔案數
    errno = 0;
    if (openmax == 0)
        openmax = sysconf(_SC_OPEN_MAX);
    if (openmax < 0
 
){
        if (errno != 0){ //這個值是不確定的
            printf("OPEN_MAX這個值是不確定的,設為預設100\n");
            openmax = 100;
        }
        else{ //獲取OPEN_MAX錯誤
            printf("獲取OPEN_MAX錯誤,設為預設100\n");
            openmax = 100;
        }
    }else
        printf("OPEN_MAX獲取成功，其值是%ld\n", openmax);

    //關閉指定的fd2檔案
    errno = close(fd2);
    //關閉檔案不一定會成功，因為有可能這個檔案本身就沒有開啟，所以錯誤也不退出
    if (errno == -1) 
        printf("關閉fd2錯誤:%d",errno);

    //獲取待返回的檔案描述符fd1
    long fd1 = -1;
    int arr[openmax-1], idx = 0,i;
    for (i = 0; i < openmax - 1; i++){// 初始化線性結構
        arr[i] = -1;
    }
    do{//迴圈呼叫dup函式直至返回的fd1 == fd2
        fd1 = dup(fd);
        if (fd1 > 0){//呼叫成功
            if (fd1 == fd2){//如果呼叫成功，退出迴圈
                break;
            }else{
                arr[idx] = fd1;
                idx++;
            }
        }
    }while(fd1 < fd2);

    //關閉開啟的多餘的檔案
    for (i = 0; i < openmax - 1; i++){
        if (arr[i] == -1)
            break;
        else{
            errno = close(arr[i]);
            if (errno == -1){
                printf("關閉檔案%ld錯誤",arr[i],stdout);
                if (idx != i){
                    idx = i;
                    i--; //關閉失敗回退再關閉一次
                }
            }
        }
    }

    return fd1;
}

int main(void){
    int fdtest = dup(1);
    char buf[] = "hello, mydup for dup2!\n";
    printf("開啟的檔案是：%d,buf長度是%d\n",fdtest,strlen(buf));
    int fd = mydup(STDOUT_FIFLNO,fdtest);
    printf("mydup返回的檔案是：%d\n",fd);

    //測試返回的檔案符是否可以直接操作標準輸出
    if (write(fd, buf, strlen(buf)) != strlen(buf))
        err_sys("buf write error\n");

    exit(0);
}

在Linux環境下的執行結果如下：

開啟的檔案是：3,buf長度是23
OPEN_MAX獲取成功，其值是102400
mydup返回的檔案是：3
hello, mydup for dup2!

可見測試的buf成功通過獲取的檔案描述符寫入到了標準輸出中，至此測試完畢。