共享文件：
UNIX系统支持在不同进程间共享打开的文件。在介绍dup()函数前，先介绍共享文件。1.每个进程在进程表中都有一个记录项，每个记录项中有一张打开文件描述符表，可将视为一个矢量，每个描述符占用一项。与每个文件描述符相关联的是： (a) 文件描述符标志。 (b) 指向一个文件表项的指针。2.内核为所有打开文件维持一张文件表。每个文件表项包含： (a) 文件状态标志(读、写、增写、同步、非阻塞等)。 (b) 当前文件位移量。 (c) 指向该文件v节点表项的指针。3.每个打开文件（或设备）都有一个 v节点结构。v节点包含了文件类型和对此文件进行各种操作的函数的指针信息。对于大多数文件， v节点还包含了该文件的 i节点（索引节点） 。这些信息是在打开文件时从盘上读入内存的，所以所有关于文件的信息都是快速可供使用的。例如， i节点包含了文件的所有者、文件长度、文件所在的设备、指向文件在盘上所使用的实际数据块的指针等等Kernel data structures for open files
如果两个独立的进程打开同一个文件，则如下图所示：
单个进程内的dup和dup2
假设进程A拥有一个已打开的文件描述符fd3，它的状态如下： 进程A的文件描述符表(before dup2) ------------ fd0 0 | p0 ------------ fd1 1 | p1 -------------> 文件表1 ---------> vnode1 ------------ fd2 2 | p2 ------------ fd3 3 | p3 -------------> 文件表2 ---------> vnode2 ------------ ... ... ... ... ------------ 经下面调用： n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO);后进程状态如下：
进程A的文件描述符表(after dup2) ------------ fd0 0 | p0 ------------ n_fd 1 | p1 ------------ ------------ \ fd2 2 | p2 \ ------------ _\| fd3 3 | p3 -------------> 文件表2 ---------> vnode2 ------------ ... ... ... ... ------------ 解释如下： n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO)表示n_fd与fd3共享一个文件表项(它们的文件表指针指向同一个文件表项)，n_fd在文件描述符表中的位置为 STDOUT_FILENO的位置，而原先的STDOUT_FILENO所指向的文件表项被关闭，上图应该很清晰的反映出这点。按照上面的解释我们就可以解释CU中提出的一些问题： (1) "dup2的第一个参数是不是必须为已打开的合法filedes？" -- 答案：必须。 (2) "dup2的第二个参数可以是任意合法范围的filedes值么？" -- 答案：可以，在Unix其取值区间为[0,255]。 另外感觉理解dup2的一个好方法就是把fd看成一个结构体类型，就如上面图形中画的那样，我们不妨把之定义为： struct fd_t { int index; filelistitem *ptr; }; 然后dup2匹配index，修改ptr，完成dup2操作。 在学习dup2时总是碰到“重定向”一词，上图完成的就是一个“从标准输出到文件的重定向”，经过dup2后进程A的任何目标为STDOUT_FILENO的I/O操作如printf等，其数据都将流入fd3所对应的文件中。下面是一个例子程序：1 #define TESTSTR "Hello dup2\n" 2 int main() { 3 int fd3; 4 fd3 = open("testdup2.dat", 0666); 5 if (fd < 0) { 6 printf("open error\n"); 7 exit(-1); 8 } 9 if (dup2(fd3, STDOUT_FILENO) < 0) { 10 printf("err in dup2\n"); 11 } 12 printf(TESTSTR); 13 return 0; 14 } 其结果就是你在testdup2.dat中看到"Hello dup2"。
重定向后恢复：
CU上有这样一个帖子，就是如何在重定向后再恢复原来的状态？首先大家都能想到要保存重定向前的文件描述符。那么如何来保存呢，下面这样行么？
int s_fd = STDOUT_FILENO; int n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO); 还是这样可以呢？ int s_fd = dup(STDOUT_FILENO); int n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO); 这两种方法的区别到底在哪呢？答案是第二种方案才是正确的，分析如下：按照第一种方法，我们仅仅在"表面上"保存了相当于fd_t（按照我前面说的理解方法）中的index(猜测：此时文件描述符表中并未增加s_fd表项)，而在调用dup2之后，ptr所指向的文件表项由于计数值已为零而被关闭了，我们如果再调用dup2(s_fd, fd3)就会出错(出错原因上面有解释)。而第二种方法我们首先做一下复制，复制后的状态如下图所示:进程A的文件描述符表(after dup)
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fd0 0 | p0 ------------ fd1 1 | p1 -------------> 文件表1 ---------> vnode1 ------------ /| fd2 2 | p2 / ------------ / fd3 3 | p3 -------------> 文件表2 ---------> vnode2 ------------ / s_fd 4 | p4 ------/ ------------ ... ... ... ... ------------调用dup2后状态为：
进程A的文件描述符表(after dup2) ------------ fd0 0 | p0 ------------ n_fd 1 | p1 ------------ ------------ \ fd2 2 | p2 \ ------------ _\| fd3 3 | p3 -------------> 文件表2 ---------> vnode2 ------------ s_fd 4 | p4 ------------->文件表1 ---------> vnode1 ------------ ... ... ... ... ------------dup(fd)的语意是返回的新的文件描述符与fd共享一个文件表项。就如after dup图中的s_fd和fd1共享文件表1一样。 确定第二个方案后重定向后的恢复就很容易了，只需调用dup2(s_fd, n_fd);
1 #define TESTSTR "Hello dup2\n" 2 #define SIZEOFTESTSTR 11 3 int main() { 4 int fd3; 5 int s_fd; 6 int n_fd; 7 fd3 = open("testdup2.dat", 0666); 8 if (fd3 < 0) { 9 printf("open error\n"); 10 exit(-1); 11 } 12 /* 复制标准输出描述符 */ 13 s_fd = dup(STDOUT_FILENO); 14 if (s_fd < 0) { 15 printf("err in dup\n"); 16 } 17 /* 重定向标准输出到文件 */ 18 n_fd = dup2(fd3, STDOUT_FILENO); 19 if (n_fd < 0) { 20 printf("err in dup2\n"); 21 } 22 write(STDOUT_FILENO, TESTSTR, SIZEOFTESTSTR); /* 写入testdup2.dat中 */ 23 /* 重定向恢复标准输出 */ 24 if (dup2(s_fd, n_fd) < 0) { 25 printf("err in dup2\n"); 26 } 27 write(STDOUT_FILENO, TESTSTR, SIZEOFTESTSTR); /* 输出到屏幕上 */ 28 return 0; 29 } 注意这里我在输出数据的时候我是用了不带缓冲的write库函数，如果使用带缓冲区的printf，则最终结果为屏幕上输出两行"Hello dup2"，而文件testdup2.dat中为空，原因就是缓冲区作怪，由于最终的目标是屏幕，所以程序最后将缓冲区的内容都输出到屏幕。
父子进程间的dup/dup2
由fork调用得到的子进程和父进程的相同文件描述符共享同一文件表项，如下图所示：
父进程A的文件描述符表
------------ fd0 0 | p0 ------------ fd1 1 | p1 -------------> 文件表1 ---------> vnode1 ------------ /|\ fd2 2 | p2 | ------------ | | 子进程B的文件描述符表 | ------------ | fd0 0 | p0 | ------------ | fd1 1 | p1 -----------------| ------------ fd2 2 | p2 ------------所以恰当的利用dup2和dup可以在父子进程之间建立一条“沟通的桥梁”。