防止 Linux fork 期间文件描述符继承

问题描述：

如何防止文件描述符在fork()系统调用之间被复制继承（当然，不关闭它）？

我正在寻找一种方法来将单个文件描述符标记 为不被子进程 (复制) 继承fork()，类似于 FD_CLOEXEC 之类的 hack，但适用于 fork（因此如果您愿意，可以使用 FD_DONTINHERIT 功能）。有人这样做过吗？或者有人研究过这个并给我一些提示？

谢谢

更新：

我可以使用libc 的 __register_atfork

 __register_atfork(NULL, NULL, fdcleaner, NULL)

在返回之前关闭 child 中的 fds fork()。但是，FD 仍在被复制，所以这对我来说听起来像是一个愚蠢的 hack。问题是如何跳过dup()child 中不需要的 FD 的 -ing。

我正在考虑一些fcntl(fd, F_SETFL, F_DONTINHERIT)需要的情况：

• fork()将复制事件 FD（例如epoll()）；有时这并不是想要的，例如 FreeBSD 将 kqueue() 事件 FD 标记为 KQUEUE_TYPE，并且这些类型的 FD 不会在分叉之间复制（明确跳过 kqueue FD 的复制，如果想从子进程使用它，则必须使用共享 FD 表进行分叉）

• fork()将复制 100k 个不需要的 FD，以便派生一个子进程来执行一些 CPU 密集型任务（假设对 a 的需求fork()概率很低，并且程序员不想为通常不会发生的事情维护一个子进程池）

有些描述符我们希望被复制（0、1、2），有些（大多数？）则不希望被复制。我认为完整的 FD 表复制是出于历史原因，但我可能错了。

这听起来有多傻呢：

• 补丁程序fcntl()支持文件描述符上的dontinherit标志（不确定该标志是否应保留在每个 FD 中或保留在 FD 表 fd_set 中，就像保留 close-on-exec 标志一样

• 在内核中进行修改dup_fd()以跳过dontinherit FD 的复制，就像 FreeBSD 对 kq FD 所做的一样

考虑一下这个程序

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <err.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <time.h>

static int fds[NUMFDS];
clock_t t1;

static void cleanup(int i)
{
    while(i-- >= 0) close(fds[i]);
}
void clk_start(void)
{
    t1 = clock();
}
void clk_end(void)
{  

    double tix = (double)clock() - t1;
    double sex = tix/CLOCKS_PER_SEC;
    printf("fork_cost(%d fds)=%fticks(%f seconds)
",
        NUMFDS,tix,sex);
}
int main(int argc, char **argv)
{
    pid_t pid;
    int i;
    __register_atfork(clk_start,clk_end,NULL,NULL);
    for (i = 0; i < NUMFDS; i++) {
        fds[i] = open("/dev/null",O_RDONLY);
        if (fds[i] == -1) {
            cleanup(i);
            errx(EXIT_FAILURE,"open_fds:");
        }
    }
    t1 = clock();
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        errx(EXIT_FAILURE,"fork:");
    }
    if (pid == 0) {
        cleanup(NUMFDS);
        exit(0);
    } else {
        wait(&i);
        cleanup(NUMFDS);
    }
    exit(0);
    return 0;
}

当然，不能认为这是一个真正的长凳，但无论如何：

root@pinkpony:/home/cia/dev/kqueue# time ./forkit
fork_cost(100 fds)=0.000000ticks(0.000000 seconds)

real    0m0.004s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s
root@pinkpony:/home/cia/dev/kqueue# gcc -DNUMFDS=100000 -o forkit forkit.c
root@pinkpony:/home/cia/dev/kqueue# time ./forkit
fork_cost(100000 fds)=10000.000000ticks(0.010000 seconds)

real    0m0.287s
user    0m0.010s
sys     0m0.240s
root@pinkpony:/home/cia/dev/kqueue# gcc -DNUMFDS=100 -o forkit forkit.c
root@pinkpony:/home/cia/dev/kqueue# time ./forkit
fork_cost(100 fds)=0.000000ticks(0.000000 seconds)

real    0m0.004s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s

forkit 在 Dell Inspiron 1520 Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU T7500 @ 2.20GHz 和 4GB RAM 上运行；average_load=0.00

解决方案 1：

如果您的fork目的是调用一个exec函数，那么您可以使用fcntlwithFD_CLOEXEC来关闭文件描述符exec：

int fd = open(...);
fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);

这样的文件描述符将保留下来fork，但不会保留该exec系列的功能。

解决方案 2：

不。你自己关闭它们，因为你知道哪些需要关闭。

解决方案 3：

据我所知，没有标准的方法可以做到这一点。

如果您希望正确实现它，那么最好的方法可能是添加一个系统调用来将文件描述符标记为 close-on-fork，并sys_fork在调用原始系统调用后拦截系统调用（系统调用编号 2）以对这些标志采取行动sys_fork。

如果您不想添加新的系统调用，您可能能够拦截sys_ioctl（系统调用编号 54）并只向其添加一个新命令来标记文件描述 close-on-fork。

当然，如果您可以控制应用程序正在做什么，那么最好维护您想要在 fork 时关闭的所有文件描述符的用户级表，然后调用您自己的表myfork。这将 fork，然后通过用户级表关闭那些标记的文件描述符。

那么您不必在 Linux 内核中摆弄，这个解决方案可能仅在您无法控制 fork 进程时才是必要的（例如，如果第三方库正在进行调用fork()）。