用户操作Linux 下stdin stdout stderr 的由来收藏现在就从linux kernel的源代码的角度来分析该。
二:fork()与execve()中stderr,stdio.stdout的继承关系其实用继承这个词好像不太准确,要准确一点,可能复制更适合.首先有二点:1:父进程fork出子进程后,是共享所有文件描述符的(实际上也包括socket)2:进程在execve后,除了用O_CLOEXEC标志打开的文件外,其它的文件描述符都是会复制到下个执行序列(注意这里不会产生一个新进程,只是将旧的进程替换了)下面我们从代码中找依据来论证以上的两个观点.对于第一点:我们在分析进程创建的时候,已经说过,如果父过程在创建子进程的时候带了CLONE_FILE S标志的时候,会和父进程共享task->files.如果没有定义,就会复制父进程的task->files.无论是哪种情况,父子进程的环境都是相同的.代码如下:static int copy_files(unsigned long clone_flags, struct task_struct * tsk) {struct files_struct *oldf, *newf;int error = 0;oldf = current->files;if (!oldf)goto out;if (clone_flags & CLONE_FILES) {atomic_inc(&oldf->count);goto out;}tsk->files = NULL;newf = dup_fd(oldf, &error);if (!newf)goto out;tsk->files = newf;error = 0;out:return error;}从上面的代码可以看出.如果带CLONE_FILES标志,只是会增加它的引用计数.否则,打开的文件描符述会全部复制.对于二:我们之前同样也分析过sys_execve().如果有不太熟悉的,到本站找到相关文章进行阅读.在这里不再详细说明整个流程.相关代码如下:static void flush_old_files(struct files_struct * files){long j = -1;struct fdtable *fdt;spin_lock(&files->file_lock);for (;;) {unsigned long set, i;j++;i = j * __NFDBITS;fdt = files_fdtable(files);if (i >= fdt->max_fds)break;set = fdt->close_on_exec->fds_bits[j];if (!set)continue;fdt->close_on_exec->fds_bits[j] = 0;spin_unlock(&files->file_lock);for ( ; set ; i++,set >>= 1) {if (set & 1) {sys_close(i);}}spin_lock(&files->file_lock);}spin_unlock(&files->file_lock);}该函数会将刷新旧环境的文件描述符信息.如果该文件描述符在fdt->close_on_exec被置位,就将其关闭.然后,我们来跟踪一下,在什么样的情况下,才会将fdt->close_on_exec的相关位置1. 在sys_open() àget_unused_fd_flags():int get_unused_fd_flags(int flags){………….if (flags & O_CLOEXEC)FD_SET(fd, fdt->close_on_exec);elseFD_CLR(fd, fdt->close_on_exec);……}只有在带O_CLOEXEC打开的文件描述符,才会在execve()中被关闭.三:用户空间的stderr,stdio.stdout初始化论证完上面的二个观点之后,后面的就很容易分析了.我们先来分析一下,在用户空间中,prin tf是可以使用的.哪它的stderr,stdio.stdout到底是从哪点来的呢?我们知道,用户空间的所有进程都是从init进程fork出来的.因此,它都是继承了init进程的相关文件描述符.因此,问题都落在,init进程的stderr,stdio.stdout是在何时被设置的?首先,我们来看一下内核中的第一个进程.它所代码的task_struct结构如下所示:#define INIT_TASK(tsk){.state = 0,.stack = &init_thread_info,.usage = ATOMIC_INIT(2),.flags = 0,.lock_depth = -1,.prio = MAX_PRIO-20,.static_prio = MAX_PRIO-20,.normal_prio = MAX_PRIO-20,.policy = SCHED_NORMAL,.cpus_allowed = CPU_MASK_ALL,……..files = &init_files,……}它所有的文件描述符信息都是在init_files中的,定义如下:static struct files_struct init_files = INIT_FILES;#define INIT_FILES{.count = ATOMIC_INIT(1),.fdt = &init_files.fdtab,.fdtab = INIT_FDTABLE,.file_lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(init_task.file_lock),.next_fd = 0,.close_on_exec_init = { { 0, } },.open_fds_init = { { 0, } },.fd_array = { NULL, }}我们从这里可以看到,内核的第一进程是没有带打开文件信息的.我们来看一下用户空间的init进程的创建过程:Start_kernel() -àrest_init()中代码片段如下:static void noinline __init_refok rest_init(void)__releases(kernel_lock){int pid;kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);numa_default_policy();pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);kthreadd_task = find_task_by_pid(pid);unlock_kernel();/** The boot idle thread must execute schedule()* at least once to get things moving:*/init_idle_bootup_task(current);preempt_enable_no_resched();schedule();preempt_disable();/* Call into cpu_idle with preempt disabled */cpu_idle();}该函数创建了两个进程,然后本进程将做为idle进程在轮转.在创建kernel_init进程的时候,带的参数是CLONE_FS | CLONE_SIGHAND.它没有携带CLONE_FILES标志.也就是说,kernel_init中的文件描述符信息是从内核第一进程中复制过去的.并不和它共享.以后,kernel_init进程中,任何关于files的打开,都不会影响到父进程.然后在kernel_init() àinit_post()中有:static int noinline init_post(void){ …………if (sys_open((const char __user *) "/dev/console", O_RDWR, 0) < 0)printk(KERN_WARNING "Warning: unable to open an initial co nsole.\n");(void) sys_dup(0);(void) sys_dup(0);…………run_init_process(XXXX);}从上面的代码中可以看到,它先open了/dev/console.在open的时候,会去找进程没使用的最小文件序号.而,当前进程没有打开任何文件,所以sys_open()的时候肯定会找到0.然后,两次调用sys_dup(0)来复制文件描述符0.复制后的文件找述符肯定是1.2.这样,0.1.2就建立起来了.然后这个进程调用run_init_process() àkernel_execve()将当前进程替换成了用户空间的一个进程,这也就是用户空间init进程的由来.此后,用户空间的进程全是它的子孙进程.也就共享了这个0.1.2的文件描述符了.这也就是我们所说的stderr.stdio,stdout.从用户空间写个程序测试一下:#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>main(){int ret;char *ttyname0,*ttyname1,*ttyname2;ttyname0 = ttyname(0);ttyname1 = ttyname(1);ttyname2 = ttyname(2);printf(“file0 : %s\n”,ttyname0);printf(“file1 : %s\n”,ttyname1);printf(“file2 : %s\n”,ttyname2);return;}运行这个程序,我们会看到,0,1,2描述符的信息全为/dev/consle.四:内核创建用户空间进程的过程在内核中创建用户空间进程的相应接口为call_usermodehelper().实现上,它将要创建的进程信息链入一个工作队列中,然后由工作队列处理函数调用kernel _thread()创建一个子进程,然后在这个进程里调用kernel_execve()来创建用户空间进程.在这里要注意工作队列和下半部机制的差别.工作队列是利用一个内核进程来完成工作的,它和下半部无关.也就是说,它并不在一个中断环境中.那就是说,这样创建出来的进程,其实就是内核环境,它没有打开0,1.2的文件描述符.可能也有人会这么说:那我就不在内核环境下创建用户进程不就行了?例如,我在init_module的时候,创建一个内核线程,然后在这个内核线程里,kernel_execv e()一个用户空间进程不就可以了吗?的确,在这样的情况下,创建的进程不是一个内核环境,因为在调用init_module()的时候,已经通过系统调用进入kernel,这时的环境是对应用户进程环境.但是别忘了.在系统调用环境下,再进行系统调用是不会成功的(kernel_execve也对应一个系统调用.)举例印证如下:Mdoule代码:#include <linux/ioport.h>#include <linux/interrupt.h>#include <asm/io.h>#include <linux/serial_core.h>#include <linux/kmod.h>#include <linux/file.h>#include <linux/unistd.h>MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR( "ericxiao:xgr178@" );static int exeuser_init(){int ret;char *argv[] ={"/mnt/hgfs/vm_share/user_test/main",NULL,};char *env[] ={"HOME=/","PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin",NULL,};printk("exeuser_init ...\n");ret = call_usermodehelper(argv[0], argv, env,UMH_WAIT_EXEC);return 0;}static int exeuser_exit(){printk("exeuser_exit ...\n");return 0;}module_init(exeuser_init);module_exit(exeuser_exit);用户空间程序代码:#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int main(int argc,char *argv[],char *env[]){int i;int fd;int size;char *tty;FILE *confd;char printfmt[4012];system("echo i am coming > /var/console");for(i=0; env[i]!=NULL;i++){sprintf(printfmt,"echo env[%d]:%s. >>/var/console",i,env[i]);system(printfmt);}for(i=0; i<argc ;i++){sprintf(printfmt,"echo arg[%d]:%s. >>/var/console",i,argv[i]);system(printfmt);}tty = ttyname(0);if(tty == NULL)system("echo tty0 is NULL >> /var/console");else{sprintf(printfmt,"echo ttyname0 %s. >>/var/console",tty);system(printfmt);}tty = ttyname(1);if(tty == NULL)system("echo tty1 is NULL >> /var/console");else{sprintf(printfmt,"echo ttyname1 %s. >>/var/console",tty);system(printfmt);}tty = ttyname(2);if(tty == NULL)system("echo tty2 is NULL >> /var/console");else{sprintf(printfmt,"echo ttyname2 %s. >>/var/console",tty);system(printfmt);}tty = ttyname(fd);if(tty == NULL)system("echo fd is NULL >> /var/console");else{sprintf(printfmt,"echo fd %s. >>/var/console",tty);system(printfmt);}return 0;}插入模块过后,调用用户空间的程序,然后这个程序将进程环境输出到/var/console中,完了可以看到.这个进程输出的0,1,2描述符信息全部NULL.千万要注意,在测试的用户空间程序,不能打开文件.这样会破坏该进程的原始文件描述符环境(因为这个问题.狠调了一个晚上,汗颜…).这样.用户空间的printf当然就不能打印出东西了.ps：这位老兄的帖子解了我的一些疑惑。
![[重点]linux源码分析](https://img.taocdn.com/s1/m/0c4f44f3312b3169a551a443.png)
