Linux программирование в примерах - Арнольд Роббинс

Рис. 9.6. Замещение процесса

Если на вашей системе есть /dev/fd, вы также можете использовать преимущества этой возможности. Однако, будьте осторожны и задокументируйте то, что вы делаете. Манипуляции с дескриптором файла на уровне С значительно менее прозрачны, чем соответствующие записи оболочки!

9.4.3. Управление атрибутами файла: fcntl()

Системный вызов fcntl() («управление файлом») предоставляет контроль над различными атрибутами либо самого дескриптора файла, либо лежащего в его основе открытого файла. Справочная страница GNU/Linux fcntl(2) описывает это таким способом:

#include <unistd.h> /* POSIX */

#include <fcntl.h>

int fcntl (int fd, int cmd);

int fcntl(int fd, int cmd, long arg);

int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

Другими словами, функция принимает по крайней мере два аргумента; в зависимости от второго аргумента, она может принимать и третий аргумент.

Последняя форма, в которой третий аргумент является указателем на struct flock, предназначена для блокировки файла. Блокировка файлов сама по себе представляет большую тему; мы отложим обсуждение до раздела 14.2 «Блокировка файлов».

9.4.3.1. Флаг close-on-exec

После вызова fork() и перед вызовом exec() следует убедиться, что новая программа наследует лишь те открытые файлы, которые ей нужны. Вы не захотите, чтобы порожденный процесс мешался в открытых файлах родителя, если только это так не задумано. С другой стороны, если у родителя множество открытых файлов, это будет искусственно ограничивать число новых файлов, которые может открыть порожденный процесс. (См. сопроводительную врезку.)

Организационно такое поведение может представлять проблему. Часть вашей программы, порождающая новый процесс, не должна особенно нуждаться в других частях программы, манипулирующей открытыми файлами. И цикл наподобие следующего неприятный, поскольку может не быть открытых файлов:

int j;

for (j = getdtablesize(); j >= 3; j--) /* закрыть все, кроме 0, 1, 2 */

 (void)close(j);

Решением является флаг close-on-exec (закрытие при исполнении exec). Он является атрибутом самого дескриптора файла, а не лежащего в его основе открытого файла. Когда этот флаг установлен, система автоматически закрывает файл, когда процесс осуществляет exec. Установив этот флаг сразу после открытия файла, вам не нужно беспокоиться о том, что какой-нибудь порожденный процесс случайно его унаследует. (Оболочка автоматически устанавливает этот флаг для всех дескрипторов файлов, которые она открывает, начиная с номера 3 и выше.)

Аргумент cmd имеет два значения, относящиеся к флагу close-on-exec:

F_GETFD

Получает флаги дескриптора файла. Возвращаемое значение является значением всех установленных флагов дескриптора или -1 при ошибке.

F_SETFD

Устанавливает флаги дескриптора файла в содержащееся в arg (третий аргумент) значение. Возвращаемое значение равно 0 при успехе или -1 при ошибке.

В настоящий момент определен лишь один «флаг дескриптора файла»: FD_CLOEXEC. Эта именованная константа является нововведением POSIX[100], а большая часть кода использует просто 1 или 0:

if (fcntl(fd, F_SETFD, 1) < 0) ...

 /* установить close-on-exec, обработать ошибки */

if (fcntl(fd, F_GETFD) == 1) ...

 /* бит close-on-exec уже установлен */

Однако, определение POSIX допускает дальнейшее расширение, поэтому правильный способ написания такого кода больше соответствует этим строкам:

int fd;

long fd_flags;

if ((fd_flags = fcntl(fd, F_GETFD)) < 0) /* Получить флаги */

 /* обработать ошибки */

fd_flags |= FD_CLOEXEC; /* Add close-on-exec flag */

if (fcntl(fd, F_SETFD, fd_flags) < 0) /* Установить флаги */

 /* обработать ошибки */

ЗАМЕЧАНИЕ. Флаг close-on-exec является собственностью дескриптора, а не лежащего в его основе файла. Поэтому новый дескриптор, возвращенный функциями dup() или dup2() (или fcntl() с F_DUPD, которую мы намереваемся посмотреть), не наследует установки флага close-on-exec первоначального дескриптора. Если вам нужно установить его также и для нового дескриптора файла, вы должны не забыть сделать это сами. Такое поведение имеет смысл: если вы просто вызвали dup(), копируя один конец канала в 0 или 1, вы не захотите, чтобы система закрыла его вместо вас, как только процесс осуществит exec!

История борьбы close-on-exec от gawk

В языке awk операторы ввода/вывода используют обозначение перенаправления, сходное с обозначением для оболочки. Это включает односторонние каналы к и от подпроцесса:

print "something brilliant" > "/some/file" /* Вывод в файл */

getline my_record < "/some/other/file" /* Ввод из файла */

print "more words of wisdom" | "a_reader process" /* Вывод в подпроцесс */

"a_write_process" | getline some_input /* Ввод из подпроцесса */

У интерпретатора awk есть дескрипторы открытых файлов для всех перенаправлений файлов, а для обозначений каналов, создающих подпроцессы, интерпретатор awk создает канал, а затем осуществляет fork и exec оболочки для запуска команды, приведенной в строке.

Теперь на современных системах часть стартового кода библиотеки С времени исполнения (который запускается до вызова main()) нуждается для управления использованием разделяемых библиотек во временно открытых файлах. Это означает, что для новой программы после исполнения exec должны быть по крайней мере один или два неиспользуемых дескриптора файла, иначе программа просто не будет работать

Однажды один пользователь сообщил, что когда в программе было максимальное количество открытых файлов, ни один процесс, для которого она пыталась использовать для конвейера fork и exec, не мог успешно начаться!

Вы, возможно, можете догадаться, что произошло. Порожденная оболочка унаследовала дескрипторы открытых файлов, которые gawk сама использовала для своих перенаправлений. Мы модифицировали gawk так, чтобы установить флаг close-on-exec для всех перенаправлений файлов и каналов, что и решило проблему.

9.4.3.2. Дублирование дескриптора файла

Когда аргумент cmd функции fcntl() равен F_DUPFD, ее поведение похоже, но не идентично поведению dup2(). В этом случае arg является дескриптором файла, представляющим наименьшее приемлемое значение для нового дескриптора файла:

int new_fd = fcntl(old_fd, F_DUPFD, 7);

 /* Возвращаемое значение между 7 и максимумом или неудача */

int new_fd = dup2(old_fd, 7);

 /* Возвращаемое значение 7 или неудача */

Вы можете имитировать поведение dup(), которая возвращает наименьший свободный дескриптор файла, использовав 'fcntl(old_fd, F_DUPED, 0)'.

Если вы помните, что дескрипторы файлов являются просто индексами внутренней таблицы, работа этой функции должна быть ясна. Третий аргумент просто предоставляет индекс, с которого ядро должно начать поиск неиспользуемого дескриптора файла.

Использовать ли в собственном коде fcntl() с F_DUPED или dup() или dup2(), в значительной степени является делом вкуса. Все три функции API являются частью POSIX и широко поддерживаются. У нас легкое пристрастие к dup() и dup2(), поскольку они более специфичны в своих действиях, поэтому являются самодокументирующимися. Но поскольку все они довольно просты, эта аргументация может вас не убедить.

9.4.3.3. Работа с флагами статуса файла и режимами доступа

В разделе 4.6.3 «Возвращаясь к open()» мы предоставили полный список флагов O_xx, которые принимает open(). POSIX разбивает их по функциям, классифицируя в соответствии с табл. 9.4.

Таблица 9.4. Флаги O_xx для open(), creat() и fcntl()

Категория Функции Флаги Доступ к файлу open(), fcntl() O_RDONLY, O_RDWR, O_WRONLY Создание файла open() O_CREAT, O_EXCL, O_NOCTTY, O_TRUNC Статус файла open(), fcntl() O_APPEND, O_DSYNC, O_NONBLOCK, O_RSYNC, O_SYNC

Помимо первоначальной установки различных флагов с помощью open(), вы можете использовать fcntl() для получения текущих установок, а также их изменения. Это осуществляется с помощью значений cmd F_GETFL и F_SETFL соответственно. Например, вы можете использовать эти команды для изменения установки неблокирующего флага, O_NONBLOCK, подобным образом: