在STDOUT和STDIN的文件描述符上执行库函数的奇怪行为

首先回顾一下所涉及的一些关键概念：

• 文件描述

  在操作系统内核中，每个文件，管道端点，套接字端点，打开的设备节点等都有一个文件描述 。 内核使用这些来跟踪文件中的位置，标志（读，写，附加，关闭执行），记录锁等等。

  文件描述是内核的内核，不属于任何特定的进程（在典型的实现中）。

• 文件描述符

  从处理的角度来看，文件描述符是识别打开的文件，管道，套接字，FIFO或设备的整数。

  操作系统内核为每个进程保留一个描述符表。 进程使用的文件描述符只是该表的索引。

  文件描述符表中的条目是指内核文件描述。

每当进程使用dup()或dup2()复制文件描述符时，内核只复制该进程的文件描述符表中的条目; 它不重复它自己保存的文件描述。

当进程分叉时，子进程获取自己的文件描述符表，但是这些条目仍指向完全相同的内核文件描述。 （这实质上是一个浅拷贝 ，所有的文件描述符表项都是文件描述的引用，引用被复制;引用的目标保持不变。

当进程通过Unix域套接字辅助消息将文件描述符发送到另一个进程时，内核实际上在接收器上分配一个新的描述符，并复制所传送的描述符引用的文件描述。

尽管“文件描述符”和“文件描述”如此相似，但有点令人困惑，这一切都运行良好。

所有这些与OP看到的效果有什么关系？

每当创建新进程时，通常会打开目标设备，管道或套接字，并将描述符dup2()打开为标准输入，标准输出和标准错误。 这导致所有三个标准描述符引用相同的文件描述 ，因此无论使用一个文件描述符有效的操作，使用其他文件描述符也是有效的。

当在控制台上运行程序时这是最常见的，因为这三个描述符都明确地指向相同的文件描述; 该文件描述描述了伪终端字符设备的从端。

考虑下面的程序run.c ：

 #define _POSIX_C_SOURCE 200809L #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <string.h> #include <errno.h> static void wrerrp(const char *p, const char *q) { while (p < q) { ssize_t n = write(STDERR_FILENO, p, (size_t)(q - p)); if (n > 0) p += n; else return; } } static inline void wrerr(const char *s) { if (s) wrerrp(s, s + strlen(s)); } int main(int argc, char *argv[]) { int fd; if (argc < 3) { wrerr("\nUsage: "); wrerr(argv[0]); wrerr(" FILE-OR-DEVICE COMMAND [ ARGS ... ]\n\n"); return 127; } fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, 0666); if (fd == -1) { const char *msg = strerror(errno); wrerr(argv[1]); wrerr(": Cannot open file: "); wrerr(msg); wrerr(".\n"); return 127; } if (dup2(fd, STDIN_FILENO) != STDIN_FILENO || dup2(fd, STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO) { const char *msg = strerror(errno); wrerr("Cannot duplicate file descriptors: "); wrerr(msg); wrerr(".\n"); return 126; } if (dup2(fd, STDERR_FILENO) != STDERR_FILENO) { /* We might not have standard error anymore.. */ return 126; } /* Close fd, since it is no longer needed. */ if (fd != STDIN_FILENO && fd != STDOUT_FILENO && fd != STDERR_FILENO) close(fd); /* Execute the command. */ if (strchr(argv[2], '/')) execv(argv[2], argv + 2); /* Command has /, so it is a path */ else execvp(argv[2], argv + 2); /* command has no /, so it is a filename */ /* Whoops; failed. But we have no stderr left.. */ return 125; } 

它需要两个或更多的参数。 第一个参数是文件或设备，第二个参数是命令，剩下的参数提供给命令。 运行该命令，将所有三个标准描述符重定向到第一个参数中指定的文件或设备。 你可以用gcc编译上面的例子

 gcc -Wall -O2 run.c -o run 

我们来写一个小测试工具report.c ：

 #define _POSIX_C_SOURCE 200809L #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <string.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> int main(int argc, char *argv[]) { char buffer[16] = { "\n" }; ssize_t result; FILE *out; if (argc != 2) { fprintf(stderr, "\nUsage: %s FILENAME\n\n", argv[0]); return EXIT_FAILURE; } out = fopen(argv[1], "w"); if (!out) return EXIT_FAILURE; result = write(STDIN_FILENO, buffer, 1); if (result == -1) { const int err = errno; fprintf(out, "write(STDIN_FILENO, buffer, 1) = -1, errno = %d (%s).\n", err, strerror(err)); } else { fprintf(out, "write(STDIN_FILENO, buffer, 1) = %zd%s\n", result, (result == 1) ? ", success" : ""); } result = read(STDOUT_FILENO, buffer, 1); if (result == -1) { const int err = errno; fprintf(out, "read(STDOUT_FILENO, buffer, 1) = -1, errno = %d (%s).\n", err, strerror(err)); } else { fprintf(out, "read(STDOUT_FILENO, buffer, 1) = %zd%s\n", result, (result == 1) ? ", success" : ""); } result = read(STDERR_FILENO, buffer, 1); if (result == -1) { const int err = errno; fprintf(out, "read(STDERR_FILENO, buffer, 1) = -1, errno = %d (%s).\n", err, strerror(err)); } else { fprintf(out, "read(STDERR_FILENO, buffer, 1) = %zd%s\n", result, (result == 1) ? ", success" : ""); } if (ferror(out)) return EXIT_FAILURE; if (fclose(out)) return EXIT_FAILURE; return EXIT_SUCCESS; } 

它只需要一个参数，一个文件或设备写入，报告是否写入标准输入，以及读取标准输出和错误工作。 （我们通常可以在Bash和POSIX shell中使用$(tty)来引用实际的终端设备，这样报表就可以在终端上看到了。）用eg编译这个

 gcc -Wall -O2 report.c -o report 

现在，我们可以检查一些设备：

 ./run /dev/null ./report $(tty) ./run /dev/zero ./report $(tty) ./run /dev/urandom ./report $(tty) 

或任何我们想要的。 在我的机器上，当我在一个文件上运行这个，说

 ./run some-file ./report $(tty) 

写入标准输入，并从标准输出和标准错误读取所有工作 – 这是预期的，因为文件描述符指的是相同的，可读和可写的文件描述。

玩完这个之后，结论就是这里根本没有什么奇怪的行为 。 如果进程使用的文件描述符只是对操作系统内部文件描述的引用，并且标准输入，输出和错误描述符是相互重复的，则它们的行为与期望的完全相同。

我想这是因为在我的Linux中，默认情况下， 0和1都是通过读/写打开/dev/tty进程的控制终端。 所以甚至可以从stdout 读取 。

然而，只要你把东西输入或输出，

 #include <unistd.h> #include <errno.h> #include <stdio.h> int main() { errno = 0; write(0, "Hello world!\n", 14); perror("write"); } 

和运行

 % ./a.out Hello world! write: Success % echo | ./a.out write: Bad file descriptor 

termios函数总是在实际的底层终端对象上工作，所以只要打开一个tty， 0或1是否被使用并不重要。