从 C 中的文件描述符中检索文件名

Question

是否可以在 C 中获取文件描述符（Linux）的文件名？

Answer 1

在 OpenBSD 上没有官方 API 可以执行此操作，尽管有一些非常复杂的解决方法，但仍然可以使用以下代码，注意您需要链接 -lkvm 和 -lc. 使用FTS遍历文件系统的代码来自这个答案。

#include <string>
#include <vector>

#include <cstdio>
#include <cstring>

#include <sys/stat.h>
#include <fts.h>

#include <sys/sysctl.h>
#include <kvm.h>

using std::string;
using std::vector;

string pidfd2path(int pid, int fd) {
  string path; char errbuf[_POSIX2_LINE_MAX];
  static kvm_t *kd = nullptr; kinfo_file *kif = nullptr; int cntp = 0;
  kd = kvm_openfiles(nullptr, nullptr, nullptr, KVM_NO_FILES, errbuf); if (!kd) return "";
  if ((kif = kvm_getfiles(kd, KERN_FILE_BYPID, pid, sizeof(struct kinfo_file), &cntp))) {
    for (int i = 0; i < cntp; i++) {
      if (kif[i].fd_fd == fd) {
        FTS *file_system = nullptr; FTSENT *child = nullptr; FTSENT *parent = nullptr;
        vector<char *> root; char buffer[2]; strcpy(buffer, "/"); root.push_back(buffer);
        file_system = fts_open(&root[0], FTS_COMFOLLOW | FTS_NOCHDIR, nullptr);
        if (file_system) {
          while ((parent = fts_read(file_system))) {
            child = fts_children(file_system, 0);
            while (child && child->fts_link) {
              child = child->fts_link;
              if (!S_ISSOCK(child->fts_statp->st_mode)) {
                if (child->fts_statp->st_dev == kif[i].va_fsid) {
                  if (child->fts_statp->st_ino == kif[i].va_fileid) {
                    path = child->fts_path + string(child->fts_name);
                    goto finish;
                  }
                }
              }
            }
          }
          finish:
          fts_close(file_system); 
        }
      }
    }
  }
  kvm_close(kd);
  return path;
}

int main(int argc, char **argv) {
  if (argc == 3) {
    printf("%s\n", pidfd2path((int)strtoul(argv[1], nullptr, 10), 
      (int)strtoul(argv[2], nullptr, 10)).c_str());
  } else {
    printf("usage: \"%s\" <pid> <fd>\n", argv[0]);
  }
  return 0;
}

如果该函数无法找到该文件（例如，因为它不再存在），它将返回一个空字符串。 如果文件被移动，根据我的经验，将文件移动到垃圾箱时，如果 FTS 尚未搜索到该位置，则会返回文件的新位置。 对于具有更多文件的文件系统来说，速度会更慢。

在整个文件系统的目录树中搜索越深而找不到文件，就越有可能出现竞争条件，尽管由于性能的原因，这种可能性仍然很小。 我知道我的 OpenBSD 解决方案是 C++ 而不是 C。请随意将其更改为 C，大部分代码逻辑将是相同的。 如果我有时间，我会尝试用 C 语言重写它，希望很快。 与 macOS 一样，该解决方案随机获取一个硬链接（需要引用），以便与 Windows 和其他只能获取一个硬链接的平台进行移植。 如果您不想关心跨平台并希望获得所有硬链接，您可以删除 while 循环中的中断并返回一个向量。 DragonFly BSD 和 NetBSD 对于当前问题与 macOS 解决方案具有相同的解决方案（完全相同的代码），我手动验证了这一点。 如果 macOS 用户希望从打开的任何进程的文件描述符中获取路径，则可以通过插入进程 ID，而不仅限于调用进程，同时还可能获取所有硬链接，而不仅限于随机进程，请参阅此答案。 与遍历整个文件系统相比，它的性能应该要高得多，类似于 Linux 和其他更直接、更切题的解决方案上的速度。 FreeBSD 用户可以在这个问题中得到他们想要的东西，因为该问题中提到的操作系统级错误已经被解决了解决了较新操作系统版本的问题。

这是一个更通用的解决方案，它只能检索调用进程打开的文件描述符的路径，但是它应该适用于大多数开箱即用的类 Unix，与前一个解决方案在以下方面具有相同的问题硬链接和竞争条件，尽管由于 if-then、for 循环等较少，执行速度稍快：

#include <string>
#include <vector>

#include <cstring>

#include <sys/stat.h>
#include <fts.h>

using std::string;
using std::vector;

string fd2path(int fd) {
  string path;
  FTS *file_system = nullptr; FTSENT *child = nullptr; FTSENT *parent = nullptr;
  vector<char *> root; char buffer[2]; strcpy(buffer, "/"); root.push_back(buffer);
  file_system = fts_open(&root[0], FTS_COMFOLLOW | FTS_NOCHDIR, nullptr);
  if (file_system) {
    while ((parent = fts_read(file_system))) {
      child = fts_children(file_system, 0);
      while (child && child->fts_link) {
        child = child->fts_link; struct stat info = { 0 }; 
        if (!S_ISSOCK(child->fts_statp->st_mode)) {
          if (!fstat(fd, &info) && !S_ISSOCK(info.st_mode)) {
            if (child->fts_statp->st_dev == info.st_dev) {
              if (child->fts_statp->st_ino == info.st_ino) {
                path = child->fts_path + string(child->fts_name);
                goto finish;
              }
            }
          }
        }
      }
    }
    finish: 
    fts_close(file_system); 
  }
  return path;
}

一个更快的解决方案，也仅限于调用过程，但性能应该更高一些，您可以将所有调用包装到fopen() 和 open() 带有一个辅助函数，该函数基本上存储与 std::unordered_map 等效的任何 C 语言，并将文件描述符与传递给 fopen()/open() 的绝对路径版本配对包装器（以及仅限 Windows 的等效项，它无法在 UWP 上工作，如 _wopen_s() 以及支持 UTF-8 的所有废话），这可以在 Unix 类系统上使用 realpath() 或 GetFullPathNameW() (*W Windows 上的 UTF-8 支持）。 realpath() 将解析符号链接（与 Windows 上常用的符号链接不同），而 realpath() / GetFullPathNameW() 会将您打开的现有文件从相对路径（如果是一个）转换为绝对路径。 将文件描述符和绝对路径存储为相当于 std::unordered_map 的 C（您可能必须使用 malloc()'d 并最终使用 free()'d int 和 c-string 数组自己编写），这将再次强调，比任何其他动态搜索文件系统的解决方案都要快，但它有一个不同且不吸引人的限制，即它不会记录在文件系统上移动的文件，但至少您可以检查是否使用您自己的代码删除该文件来测试其存在性，它也不会记录该文件自您打开该文件并将描述符的路径存储在内存中以来是否已被替换，从而可能为您提供过时的结果。 如果您想查看这方面的代码示例，请告诉我，但由于文件位置发生变化，我不推荐此解决方案。

Answer 2

您可以在 /proc/self 上使用 readlink /fd/NNN 其中 NNN 是文件描述符。 这将为您提供文件打开时的名称 - 但是，如果文件从那时起被移动或删除，它可能不再准确（尽管 Linux 在某些情况下可以跟踪重命名）。 要验证，stat 给定的文件名和 fstat 您拥有的 fd，并确保 st_dev 和 st_ino 是相同的。

当然，并非所有文件描述符都引用文件，对于这些文件描述符，您会看到一些奇怪的文本字符串，例如 pipe:[1538488]。 由于所有真实的文件名都是绝对路径，因此您可以很容易地确定哪些文件名。 此外，正如其他人所指出的，文件可以有多个指向它们的硬链接 - 这只会报告打开它的那个。 如果您想查找给定文件的所有名称，您只需遍历整个文件系统即可。

Answer 3

我在 Mac OS X 上遇到了这个问题。我们没有 /proc 虚拟文件系统，因此接受的解决方案无法工作。

相反，我们有一个用于 fcntl 的 F_GETPATH 命令：

 F_GETPATH          Get the path of the file descriptor Fildes.  The argu-
                    ment must be a buffer of size MAXPATHLEN or greater.

因此，要获取与文件描述符关联的文件，您可以使用以下代码片段：

#include <sys/syslimits.h>
#include <fcntl.h>

char filePath[PATH_MAX];
if (fcntl(fd, F_GETPATH, filePath) != -1)
{
    // do something with the file path
}

因为我不记得在哪里 MAXPATHLEN 已定义，我认为 syslimits 中的 PATH_MAX 就可以了。

Answer 4

在 Windows 中，使用 GetFileInformationByHandleEx，传递 FileNameInfo，可以检索文件名。

Answer 5

正如 Tyler 指出的那样，没有办法“直接且可靠”地完成您所需要的操作，因为给定的 FD 可能对应于 0 个文件名（在各种情况下）或 > 0 个文件名。 1（多个“硬链接”是后一种情况的一般描述）。 如果您仍然需要具有所有限制的功能（关于速度以及获得 0、2、... 结果而不是 1 的可能性），那么您可以这样做：首先， fstat FD ——这会在生成的 struct stat 中告诉您该文件所在的设备它有多少个硬链接，是否是一个特殊文件等。这可能已经回答了您的问题 - 例如，如果 0 个硬链接，您将知道磁盘上实际上没有相应的文件名。

如果统计数据给您带来希望，那么您必须“遍历相关设备上的目录树”，直到找到所有硬链接（或者仅找到第一个，如果您不需要多个硬链接，并且任何一个都可以） ）。 为此，您使用 readdir （当然还有 opendir &c）递归打开子目录直到您在 struct dirent 中找到与原始 struct stat 中相同的 inode 编号（此时，如果您想要整个路径，而不仅仅是名称） ，您需要向后遍历目录链才能重建它）。

如果这种通用方法是可以接受的，但您需要更详细的 C 代码，请告诉我们，它不会很难编写（尽管如果它没有用，我宁愿不写它，即您无法承受不可避免的缓慢性能或出于您的申请目的，获得 != 1 结果的可能性；-)。

Answer 6

在将此视为不可能之前，我建议您查看 lsof 命令的源代码。

可能存在限制，但 lsof 似乎能够确定文件描述符和文件名。 此信息存在于 /proc 文件系统中，因此应该可以从您的程序中获取。

Answer 7

您可以使用 fstat() 通过 struct stat 获取文件的 inode。 然后，使用 readdir() 您可以将找到的 inode 与目录中存在的 inode (struct dirent) 进行比较（假设您知道该目录，否则您将不得不搜索整个文件系统）并找到相应的文件名。
可恶的？

Answer 8

不可能的。 文件描述符在文件系统中可能有多个名称，也可能根本没有名称。

编辑：假设您正在谈论一个普通的旧 POSIX 系统，没有任何特定于操作系统的 API，因为您没有指定操作系统。