防止文件描述符的重复使用

Question

在Linux（或POSIX操作系统中）有没有办法确保在程序执行期间，即使关闭了一个文件并打开了另一个文件，也不会重用任何文件描述符？我的理解是，通常情况下，关闭的文件的文件描述符将被重新分配给新打开的文件。

我正在开发一个I/O跟踪项目，如果我可以假设在open() /fopen()调用之后，所有后续对该文件描述符的I/O都是针对同一文件，则可以简化工作。

我可以接受编译时或运行时的解决方案。

如果不可能实现，我可以在处理跟踪文件时进行自己的账户管理（记录所有打开和关闭调用的位置），但我更愿意在跟踪程序执行期间解决问题。

- mhowison

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我认为你应该采取第二种方法（自己做会计）。改变文件描述符分配的行为（这是 POSIX 严格规定的）到非一致的方式将以微妙（可能危险）的方式破坏程序。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 1

请注意，POSIX要求：

open()函数应返回指定文件的文件描述符，该文件描述符是当前进程中未打开的最低文件描述符。

因此，在严格意义上，您的请求将更改程序的环境，不再符合POSIX标准。

话虽如此，我认为您最好使用LD_PRELOAD技巧拦截对close的调用并忽略它们。

- Nemo

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谢谢，很高兴在POSIX规范中找到了我一直观察到的行为的确认。 - mhowison

Answer 2

您需要编写一个包含close(2)并在旧的FD上打开/dev/null的SO文件，然后使用$LD_PRELOAD将其加载到进程空间中，在启动应用程序之前。

- Ignacio Vazquez-Abrams

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实际上，我已经有一个__wrap_close()调用来实现跟踪例程，所以听起来我只需要在调用FD上的__real_close()之后，在该例程中插入open("/dev/null")即可。这总是有效吗？也就是说，我保证在open("/dev/null")调用中得到与__real_close()调用关闭的相同FD吗？ - mhowison

不行。这就是为什么你只需要打开一次并使用 dup2(2) 来复制文件描述符。 - Ignacio Vazquez-Abrams

__wrap_close对于跟踪目的来说远远不够。考虑使用syscall(SYS_open, ...)。 - Employed Russian

好的，__wrap_close 对于我将要跟踪的场景已经足够了，这些场景是几乎总是使用 MPI-IO 层进行集体 I/O 的并行 HPC 应用程序。 - mhowison

在这种情况下，您可以轻松地在关闭包装器中执行防止重新使用的操作，但请参阅我的答案以了解其他要点。 - Employed Russian

Answer 3

您必须已经在ptrace应用程序，以拦截其文件打开和关闭操作。

似乎可以通过将dup2(X, Y); close(X);调用“注入”到应用程序中来防止FD重用，并将Y调整为任何您想要的内容。

但是，应用程序本身可能正在使用dup2来强制重新使用先前关闭的FD，如果您阻止这样做，则可能无法正常工作，因此我认为您只能在后处理步骤中处理此问题。

此外，如果不允许重用，编写一个将耗尽FD的应用程序非常容易。

- Employed Russian