☰

shell/init 如何建立 stdio 流？

tag-icon • tag-icon shell file-descriptors xv6
shell/init 如何建立 stdio 流？

我正在閱讀麻省理工學院的來源xv6作業系統。該片段出現在以下內容的開頭sh.c：

// Ensure that three file descriptors are open.
while((fd = open("console", O_RDWR)) >= 0){
    if(fd >= 3){
      close(fd);
      break;
    }
}

我知道這會檢查是否至少透過檢查新指派的檔案描述子是否高於（或相同）3，開啟 3 個檔案描述子（大概用於 stdin、stdout 和 stderr）。

1）如何可能open從同一進程多次存取同一設備並期望不同的檔案描述符？

2）為了理解這一點，我在我的主機（x86_64 Linux 4.6.0.1）上運行了類似的程式碼片段。測試程式open在循環中重複編輯一個文字文件，看看我們是否可以期待不同的 fd，但它總是產生相同的文件描述符。由此，我得出結論，open-ing 一個真實檔案和一個裝置（如/dev/console）在某種程度上有所不同，因為來自 xv6 的程式碼片段顯然有效（在 Qemu 中測試）。到底有什麼差別呢？

#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int fd;
    int cnt = 0;

    while ((fd = open("sample.txt", O_RDWR) > 0)) {
        if (cnt != 10) {
            cnt++;
            printf("File descriptor opened: %d\n", fd);
        } else {
            break;
        }
    }

    return 0;
}

這是運行它的輸出：

$ ./a.out
File descriptor opened: 1
File descriptor opened: 1
[snip]
File descriptor opened: 1
File descriptor opened: 1

編輯根據答案之一，我運行strace了可執行檔並發現open 的確傳回多個文件描述符，但由於某種原因，所有這些描述符都沒有被列印。為什麼會這樣呢？

3）有點不相關，但在 fds 0-2 中使用 stdio 流的約定不就是這樣 - 一個約定嗎？例如，如果初始化序列將輸入/輸出檔案描述子指派給其他東西 - 它會以某種方式影響其子層級執行 I/O 的方式嗎？

答案1

這其實是3個問題。立即處理#2，因為程式不正確：

    while ((fd = open("sample.txt", O_RDWR) > 0)) {

你可能的意思是

    while ((fd = open("sample.txt", O_RDWR)) > 0) {

使用不正確放置的括號，您只是測試是否fd大於零（由於檔案描述符 0、1 和 2 是打開的，這可能是一個很好的假設）。

對於#1：open呼叫（成功時）被定義為傳回不同的檔案描述符。如果設備無法重新打開，open將會返回-1。

對於#3：當然，那是習俗，而且還在POSIX標準。其他系統使用其他約定，包括為每個程式設定第四個開放流。

延伸閱讀：使用您的 Aegis 環境（1988 年 7 月）
請參閱第 6-9 頁，其中顯示 Apollo Domain/OS 有錯誤輸入和**輸出*

答案2

不，代碼沒有查看描述符，它實際上打開它們。尚未給出描述符。每次開啟都會給出一個新的文件描述符，即0,1,2,3。當到達 fd 3 時代碼中斷，而 0 到 2 保持開啟狀態。

每個檔案描述符只是指向某個檔案中某個位置的指標。因此，同一文件有多個描述符是沒有問題的。

如果您的測試程式為不同的開啟呼叫提供相同的 fd，則其中存在錯誤。請出示代碼。

是的，fd 0 到 2 有一個嚴格的約定。

答案3

1）如果系統支援多個進程同時開啟同一個文件，那為什麼不允許一個行程多次開啟呢？由於文件描述符是繼承的，因此您最終可能會在同一個進程中兩次使用同一個文件，即如果它被繼承一次並由進程本身打開一次。檢查進程打開了哪些文件並返回對較早文件的引用將是額外的工作。

另外，還有一個問題是進程的不同部分是否同時使用同一個檔案。假設一個庫在主程式使用它的同時使用了一些設定檔。文件描述符與存取模式和文件指標的位置相關。如果只有一個副本，就會發生奇怪的事情。另外，如果檔案被開啟兩次（到同一個 fd），那麼關閉時會發生什麼事？可能還有另一層引用計數來決定何時真的關閉文件，但這無助於解決其他問題。

2）取決於您的程式碼。智慧型語言（即不是 C）可能會對儲存開啟檔案的變數進行重新計數，並在重新開啟檔案之前將其關閉。沒有看到程式碼很難說。

但做個小測試，在 Perl 中對同一個變數開啟同一個檔案兩次會產生相同的 FD 編號：

perl -e 'open F, "test.txt"; printf "%d ", fileno(F); open F, "test.txt"; printf "%d\n", fileno(F)'
3 3

運行它strace表明該文件在重新打開之前立即關閉。

透過兩個不同的變量，我們得到兩個 FD 數：

perl -e 'open F, "test.txt"; printf "%d ", fileno(F); open G, "test.txt"; printf "%d\n", fileno(G)'
3 4

3) 從技術上講，您可以說標準文件編號是一種約定。編入的公約POSIX 和 ISO C 標準:

在程式啟動時，應預先定義三個流，無需明確開啟：標準輸入（用於讀取常規輸入）、標準輸出（用於寫入常規輸出）和標準錯誤（用於寫入診斷輸出）。

但無論如何，約定是可以在沒有它們的情況下運行程序，而無需內核關注。或者它可能不是：閱讀呼叫規範exec，它似乎是允許實施為您打開一些東西:

如果在成功呼叫 exec 系列函數之一後檔案描述符 0、1 或 2 將被關閉，則實作可能會在新進程映像中為檔案描述符開啟一個未指定的檔案。

（您當然可以在程式本身中關閉它們。）

如果您安排在啟動時不使用它們，那麼相容性就會被排除在外：

如果標準實用程式或符合要求的應用程式在檔案描述符0 未開啟以供讀取或檔案描述符1 或2 未開啟以寫入的情況下執行，則執行該實用程式或應用程式的環境應被視為不符合要求，因此實用程式或應用程式的行為可能不符合本標準中的描述。

這Linux 手冊頁說得很實用:

作為一般原則，任何可移植程序，無論是否有特權，都可以假設這三個檔案描述符在 execve() 期間保持關閉狀態。

相關內容