执行时关闭标识位 FD_CLOEXEC 的作用

首先先回顾 apue 中对它的描述：

① 表示描述符在通过一个 exec 时仍保持有效（书P63，3.14节 fcntl 函数，在讲 F_DUPFD 时顺便提到）

② 对打开文件的处理与每个描述符的执行时关闭（close-on-exec）标志值有关。

见图 3-1 节中对 FD_CLOEXEC 的说明，进程中每个打开描述符都有一个执行时关闭标志。若此标志设置，

则在执行 exec 时关闭该描述符，否则该描述符仍打开。除非特地用 fcntl 设置了该标志，否则系统的默认

操作是在执行 exec 后仍保持这种描述符打开。（书P190，8.10节 exec 函数）

概括为：

① FD_CLOEXEC 是“文件描述符”的标志

② 此标志用来控制在执行 exec 后，是否关闭对应的文件描述符

（关闭文件描述符即不能对文件描述符指向的文件进行任何操作）

下面以一个例子进行说明，包含两个独立程序，一个用来表示父进程，另一个表示它的子进程

父进程 parent.c：

// parent.c
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{        
    int fd = open("test.txt",O_RDWR|O_APPEND);

    if (fd == -1)
    {       
        printf("The file test.txt open failed ! The fd = %d
",fd);
        execl( "/bin/touch", "touch", "test.txt", (char*)NULL );
        return 0;
    }
    else
    {       
        printf("The file test.txt open success ! The fd = %d
", fd);
    }

    printf("fork!
");


    // 什么也不写，相当于系统默认 fcntl(fd, F_SETFD, 0) ，即用 execl 执行子进程时，
    // 不打开“执行时关闭”标识位 FD_CLOEXEC，此时子进程可以向 test.txt 写入字符串
char *s="The Parent Process Writed !
";

    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0)                                        /* Child Process */
    {       
        printf("***** exec child *****
");
        execl("child", "./child", &fd, NULL);
        printf("**********************
");
    }

    // 等待子进程执行完毕
    wait(NULL);
    ssize_t writebytes = write(fd,s,strlen(s));
    if ( writebytes == -1 )
    {
         printf("The Parent Process Write To fd : %d Failed !
", fd);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

子进程 child.c

//child.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("argc = %d
",argc);
    
    if ( argv[1] == NULL )
    {
        printf("There is no Parameter !
");
        return 0;
    }

    int fd = *argv[1];
    printf("child fd = %d
",fd);
    
    char *s = "The Child Process Writed !
";
    ssize_t writebytes = write(fd, (void *)s, strlen(s));
    if ( writebytes == -1 )
    {
        printf("The Child Process Write To fd : %d Failed !
", fd);
    }
    
    close(fd);
    return 0;
}

此时观察 test.txt ，得到结果

The Child Process Writed !
The Parent Process Writed !

因为代码中没做任何操作，系统默认是不设置“执行时关闭标识位”的。

现在在代码中进行设置这个标志：

…………前面代码省略

printf("fork!
");

fcntl(fd, F_SETFD, 1);

char *s="The Parent Process Writed !
";

…………后面代码省略

此时再观察 test.txt，发现只能看到父进程的输出了：

The Parent Process Writed !

更标准的写法是：

…………前面代码省略
printf("fork!
");

// 和 fcntl(fd, F_SETFD, 1) 等效，但这是标准写法，即用 FD_CLOEXEC 取代直接写1
int tFlags = fcntl(fd, F_GETFD);
fcntl(fd, F_SETFD, tFlags | FD_CLOEXEC );

char *s="The Parent Process Writed !
";

…………后面代码省略

推荐后面一种写法。

如果在后面重新进行设置 fcntl(fd, F_SETFD, 0) ，即可重新看到子进程的输出（读者可以自己尝试）。

那么问题来了，如果子进程不使用 exec 函数执行的这种方式呢？

那么理论上设置这个标志是无效的。

// parent.c
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{        
    int fd = open("test.txt",O_RDWR|O_APPEND);

    if (fd == -1)
    {       
        printf("The file test.txt open failed ! The fd = %d
",fd);
        execl( "/bin/touch", "touch", "test.txt", (char*)NULL );
        return 0;
    }
    else
    {       
        printf("The file test.txt open success ! The fd = %d
", fd);
    }

    printf("fork!
");


    // 系统默认 fcntl(fd, F_SETFD, 0) ，即用 execl 执行子进程时，
    // 不打开“执行时关闭”标识位 FD_CLOEXEC
    //fcntl(fd, F_SETFD, 1);
    //fcntl(fd, F_SETFD, 0);

    // 和 fcntl(fd, F_SETFD, 1) 等效，但这是标准写法，即用 FD_CLOEXEC 取代直接写1
    int tFlags = fcntl(fd, F_GETFD);
    fcntl(fd, F_SETFD, tFlags | FD_CLOEXEC );

    char *s="The Parent Process Writed !
";

    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0)                                        /* Child Process */
    {       
        printf("***** exec child *****
");
        
        // execl("child", "./child", &fd, NULL);
        // 注意下面，子进程不用 exec 函数，而是改成直接写入处理
        // 此时文件描述符标识位 FD_CLOEXEC 不再起作用
        // 即使设置这个标识位，子进程一样可以写入
        char *s = "The Child Process Writed !
";
        ssize_t writebytes = write(fd, (void *)s, strlen(s));
        if ( writebytes == -1 )
        {
            printf("Child Process Write To fd : %d Failed !
", fd);
        }       
        
        printf("**********************
");
        // 注意这里结束子进程，但不要关闭文件描述符，否则父进程无法写入
        exit(0);
    }

    // 等待子进程执行完毕
    wait(NULL);
    ssize_t writebytes = write(fd,s,strlen(s));
    if ( writebytes == -1 )
    {
            printf("The Parent Process Write To fd : %d Failed !
", fd);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

注意修改后的地方：

if(pid == 0)                                        /* Child Process */
{       
        printf("***** exec child *****
");
        
        // execl("child", "./child", &fd, NULL);
        // 注意下面，子进程不用 exec 函数，而是改成直接写入处理
        // 此时文件描述符标识位 FD_CLOEXEC 不再起作用
        // 即使设置这个标识位，子进程一样可以写入
        char *s = "The Child Process Writed !
";
        ssize_t writebytes = write(fd, (void *)s, strlen(s));
        if ( writebytes == -1 )
        {
            printf("The Child Process Write To fd : %d Failed !
", fd);
        }       
        
        printf("**********************
");
        // 注意这里结束子进程，但不要关闭文件描述符，否则父进程无法写入
        exit(0);
}

在前面仍然要设置标志：

int tFlags = fcntl(fd, F_GETFD);
fcntl(fd, F_SETFD, tFlags | FD_CLOEXEC );

重新编译，观察结果，发现子进程又可以重新写文件了：

The Child Process Writed !
The Parent Process Writed !

证明设置这个标志，对不用 exec 的子进程是没有影响的。