linux下文件描述符的查看及分析

起因

近期在调试一个Android播放内核是遇到上层传递的是fd（file descriptor），但是在文件播放结束之后调用lseek却提示返回-1，errno=29（#define ESPIPE 29 /* Illegal seek */）。
好吧。那就确定下原因。
在网上搜到有说lseek存在问题，“对于已经到达EOF的stream，使用lseek是不能让stream再次可读的”。具体参考Android NDK之fseek, lseek。随即写了个命令行程序，在android shell下验证了下，经过验证是可以的。那就继续找吧。
最终发现一个有趣的现象，Android的MediaServer传递的fd只能在调用时使用，之后就被复用了，指针都改变了。具体发现的方法就是本文描述的内容。

文件操作

文件操作比较通用的就是C库的FILE（带缓冲的文件流），也就是常用的fopen, fclose, fprintf, fscanf, fseek, fread, fwrite等函数。这里面比较核心的概念是FILE结构，这是C库提供的跨平台的文件操作函数，多数情况下是封装了系统内核提供的文件读写函数，比如在windows下是CreateFile, CloseFile, OpenFile, WriteFile, ReadFile等函数，在linux下是open, close, lseek, read, write等内核API。
在linux下内核API主要提供了基于文件描述（FD，file descriptor）的文件操作机制，注意FD默认是非负的，通常0-stdin、1-stdout、2-stderr。

先看看如何实现FILE到fd的转换，函数fileno可以实现这种转换，原型如下：

int fileno(FILE *stream);

那么fd如何转换为FILE呢？函数fdopen可以基于FD打开文件，原型如下：

FILE *fdopen(int fd, const char *mode);

那么如何通过fd拿到文件原始路径呢？函数readlink提供了这种机制，可以参考下面代码

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <climits>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>

int main()
{
   FILE * stream = fopen(__FILE__, "rb");
   if (NULL == stream)
   {
        printf("open %s failed
", __FILE__);
        return -1;
   }
   
   int fd = fileno(stream);
   char buf[4096] = {0};
   
   // read to file end
   while (read(fd, buf, sizeof(buf)) > 0);
      
   // test whether lseek is ok in EOF
   off_t offset = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);  
   printf("lseek ret %d err_no %d
", offset, errno);
   
   // read file path from fd
   char path[PATH_MAX] = {0};
   snprintf(path, sizeof(path), "/proc/%d/fd/%d", getpid(), fd);
   
   memset(buf, 0, sizeof(buf));
   int buf_size = readlink(path, buf, sizeof(buf));
   if (buf_size < 0) 
   {
        printf("readlink() ret %d error %d
", buf_size, errno);
   } 
   else 
        printf("readlink() returned '%s' for '%s'
", buf, path);
   
   getchar();
   
   if (NULL != stream)
        fclose(stream);
   
   return 0;
}

原理很简单，linux下的fd就是一个链接，可以通过/proc/pid/fd读取到相关信息。
比如上面那个程序的输出如下：

/proc/11203/fd$ ll
总用量 0
dr-x------ 2 root root  0  4月  1 15:48 ./
dr-xr-xr-x 9 root root  0  4月  1 15:48 ../
lrwx------ 1 root root 64  4月  1 15:48 0 -> /dev/pts/22
lrwx------ 1 root root 64  4月  1 15:48 1 -> /dev/pts/22
lrwx------ 1 root root 64  4月  1 15:48 2 -> /dev/pts/22
lr-x------ 1 root root 64  4月  1 15:48 3 -> /home/tocy/project/test.cpp

总结

了解下系统提供的文件操作接口还是不错的，以后遇到问题最起码知道去哪里跟踪。

主要参考：