fork() 之后的文件描述符相同

Question

我试图了解在调用 fork() 后复制文件描述符的含义及其对争用的可能影响。

在“Linux 编程接口”24.2.1 (p517) 中：

当一个 fork() 被执行时，孩子收到所有的重复 父文件描述符。这些复制品的制作方式 的 dup()，这意味着对应的描述符在父和 孩子引用相同的打开文件描述。

当我运行相同的代码时：

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>

int main(void) {
    char* fl = "/tmp/test_fd";
    int fd;
    fd = open(fl, O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY, 0666);
    if(!fork()) {
        printf("cfd=%d\n", fd);
        _exit(0);
    } else {
        int status;
        printf("ffd=%d\n", fd);
        wait(&status);
        close(fd);
        unlink(fl);
    }
}

我为两个进程获得了相同的文件描述符（编号？）：ffd=3 和 cfd=3。但是当使用 dup() 运行这段代码时：

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

int main(void) {
    char* fl = "/tmp/test_fd";
    int cfd, ffd;
    ffd = open(fl, O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY, 0666);
    cfd = dup(ffd);
    printf("ffd=%d\n", ffd);
    printf("cfd=%d\n", cfd);
    close(ffd);
    unlink(fl);
}

我得到不同的文件描述符：ffd=3 和 cfd=4。

那么，我有以下问题：

1. fork() 创建父文件描述符的副本是什么意思？
2. 当两个进程（父进程和子进程）同时对同一个文件描述符执行 fstat() 之类的操作时，是否存在争用？
3. 如果两个进程同时执行 fstat() 并且两个不同的文件描述符指向同一个文件呢？

Answer 1

当您看到短语“复制文件描述符”时，您需要将其理解为“创建一个新的文件描述符，该文件描述符指向另一个指向的相同事物”。

所以当你复制 fd 3 时，你会得到 fd 4。它们不是同一个数字，但它们标识的是同一个对象。

在 fork 的情况下，您必须记住文件描述符的含义包含在进程中。许多进程都有一个有效的 fd 3，但它们并不都引用同一个对象。使用 fork，你有一个 fd 3 的副本，它也是 fd 3，但在不同的过程中，所以那些 3 不是本质上相同的；它们是相同的，因为 fork 做了一个副本。

您可以关闭 fd 并在子进程中打开不同的文件，您仍然会有两个 fd 3 有效的进程，但它们不再是同一事物的副本。或者您可以让子级复制 fd 3 以获取 fd 4，然后关闭 fd 3，然后您的父级中的 fd 3 和子级中的 fd 4 都指向同一个对象。

不同进程中的相同数字没有任何意义。

还要注意，文件描述符引用的对象不是文件。在文件描述符和文件之间有一些东西，它被称为打开文件描述。 fork 和 dup 都会导致共享打开的打开文件描述。共享的主要后果是，当当前文件位置（由lseek 设置或由read 和write 高级）更改时，所有相关的文件描述符都会受到影响，并且当标志（如O_NONBLOCK）更改，所有相关的文件描述符都会受到影响。

相比之下，如果你open同一个文件两次，你会得到两个引用同一个文件的文件描述符，但是通过不同打开的文件描述，所以他们有独立的标志和寻找位置。

fstat 是一个只读操作，我看不出你在为它想象什么样的“争用”。