如果指向的文件被移动或删除，Linux 上打开的文件句柄会发生什么情况

Question

如果指向的文件同时获得以下信息，Linux 上打开的文件句柄会发生什么情况：

• 已移走 ->文件句柄仍然有效吗？
• 已删除->这是否会导致 EBADF，表明文件句柄无效？
• 替换为新文件->文件句柄是否指向这个新文件？
• 替换为新文件的硬链接 ->我的文件是否处理“跟随”此链接？
• 替换为新文件的软链接 ->我的文件句柄现在是否命中此软链接文件？

为什么我会问这样的问题：我正在使用热插拔硬件（例如 USB 设备等）。用户或另一个 Gremlin 可能会重新连接设备（及其 /dev/文件）。

处理这个问题的最佳实践是什么？

Answer 1

下面的实验表明MarkR的答案是正确的。

code.c：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <stdio.h>

void perror_and_exit() {
  perror(NULL);
  exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  int fd;
  if ((fd = open("data", O_RDONLY)) == -1) {
    perror_and_exit();
  }
  char buf[5];
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    bzero(buf, 5);
    if (read(fd, buf, 5) != 5) {
      perror_and_exit();
    }
    printf("line: %s", buf);
    sleep(20);
  }
  if (close(fd) != 0) {
    perror_and_exit();
  }
  return 0;
}

数据：

1234
1234
1234
1234
1234

使用gcc code.c生成a.out。运行./a.out。当您看到以下输出时：

line: 1234

使用rm data删除data。但是 ./a.out 将继续运行，不会出现错误，并产生以下完整输出：

line: 1234
line: 1234
line: 1234
line: 1234
line: 1234

我已经在 Ubuntu 16.04.3 上完成了实验。

Answer 2

在 /proc/ 目录下，您将找到当前活动的每个进程的列表，只需找到您的 PID 和所有相关数据即可。一个有趣的信息是文件夹 fd/，您将找到该进程当前打开的所有文件处理程序。

最终你会发现一个到你的设备的符号链接（在/dev/甚至/proc/bus/usb/下），如果设备挂起该链接将失效并且无法刷新该句柄，进程必须关闭并且再次打开它（即使重新连接）

此代码可以读取您的PID的链接当前状态

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <dirent.h>

int main() {
    // the directory we are going to open
    DIR           *d;

    // max length of strings
    int maxpathlength=256;

    // the buffer for the full path
    char path[maxpathlength];

    // /proc/PID/fs contains the list of the open file descriptors among the respective filenames
    sprintf(path,"/proc/%i/fd/",getpid() );

    printf("List of %s:\n",path);

    struct dirent *dir;
    d = opendir(path);
    if (d) {
        //loop for each file inside d
        while ((dir = readdir(d)) != NULL) {

            //let's check if it is a symbolic link
            if (dir->d_type == DT_LNK) {

                const int maxlength = 256;

                //string returned by readlink()
                char hardfile[maxlength];

                //string length returned by readlink()
                int len;

                //tempath will contain the current filename among the fullpath
                char tempath[maxlength];

                sprintf(tempath,"%s%s",path,dir->d_name);
                if ((len=readlink(tempath,hardfile,maxlength-1))!=-1) {
                    hardfile[len]='\0';
                        printf("%s -> %s\n", dir->d_name,hardfile);

                } else
                    printf("error when executing readlink() on %s\n",tempath);

            }
        }

        closedir(d);
    }
    return 0;
}

最后的代码很简单，您可以使用linkat功能。

int
open_dir(char * path)
{
  int fd;

  path = strdup(path);
  *strrchr(path, '/') = '\0';
  fd = open(path, O_RDONLY | O_DIRECTORY);
  free(path);

  return fd;
}

int
main(int argc, char * argv[])
{
  int odir, ndir;
  char * ofile, * nfile;
  int status;

  if (argc != 3)
    return 1;

  odir = open_dir(argv[1]);
  ofile = strrchr(argv[1], '/') + 1;

  ndir = open_dir(argv[2]);
  nfile = strrchr(argv[2], '/') + 1;

  status = linkat(odir, ofile, ndir, nfile, AT_SYMLINK_FOLLOW);
if (status) {
  perror("linkat failed");
}


  return 0;
}

Answer 3

如果文件被移动（在同一文件系统中）或重命名，则文件句柄保持打开状态，并且仍然可用于读取和写入文件。

如果文件被删除，文件句柄保持打开状态并且仍然可以使用（这不是某些人所期望的）。直到最后一个句柄关闭后，文件才会真正被删除。

如果该文件被新文件替换，则具体取决于如何替换。如果文件内容被覆盖，文件句柄仍然有效并可以访问新内容。如果现有文件被取消链接并创建一个具有相同名称的新文件，或者如果使用 rename() 将新文件移动到现有文件上，则与删除相同（见上文） - 即也就是说，文件句柄将继续引用文件的原始版本。

一般来说，一旦文件打开，文件就打开了，任何人都无法更改目录结构 - 他们可以移动、重命名文件或将其他内容放在其位置，它只是保持打开状态。

在 Unix 中没有删除，只有 unlink()，这是有道理的，因为它不一定删除文件 - 只是从目录中删除链接。

---

另一方面，如果底层设备消失（例如 USB 拔出），则文件句柄将不再有效，并且可能会在任何操作中出现 IO/错误。但你仍然必须关闭它。即使设备重新插入，情况也是如此，因为在这种情况下保持文件打开是不明智的。

Answer 4

文件句柄指向索引节点而不是路径，因此大多数场景仍然按照您的假设工作，因为句柄仍然指向文件。

具体来说，在删除场景中 - 该函数被称为“取消链接”是有原因的，它会破坏文件名（目录项）和文件之间的“链接”。当您打开一个文件，然后取消链接它时，该文件实际上仍然存在，直到其引用计数变为零，即关闭句柄时。

编辑：对于硬件，您已经打开了特定设备节点的句柄，如果拔出该设备，内核将导致对其的所有访问失败，即使该设备回来了。您必须关闭设备并重新打开它。

Answer 5

我不确定其他操作，但至于删除：删除根本不会发生（物理上，即在文件系统中），直到文件的最后一个打开句柄被关闭。因此，不可能从您的应用程序中删除文件。

一些应用程序（没有想到）依赖于这种行为，通过创建、打开和立即删除文件，然后这些文件的生存时间与应用程序一样长 - 允许其他应用程序了解第一个应用程序的生命周期，而无需查看流程图等。

类似的考虑可能也适用于其他事情。

Answer 6

如果你想检查文件处理程序（文件描述符）是否正常，可以调用此函数。

/**
 * version : 1.1
 *    date : 2015-02-05
 *    func : check if the fileDescriptor is fine.
 */

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

/**
 * On success, zero is returned.  On error, -1  is  returned,  and  errno  is  set
 *      appropriately.
 */
int check_fd_fine(int fd) {
    struct stat _stat;
    int ret = -1;
    if(!fcntl(fd, F_GETFL)) {
        if(!fstat(fd, &_stat)) {
            if(_stat.st_nlink >= 1)
                ret = 0;
            else
                printf("File was deleted!\n");
        }
    }
    if(errno != 0)
        perror("check_fd_fine");
    return ret;
}

int main() {
    int fd = -1;
    fd = open("/dev/ttyUSB1", O_RDONLY);
    if(fd < 0) {
        perror("open file fail");
        return -1;
    }
    // close or remove file(remove usb device)
//  close(fd);
    sleep(5);
    if(!check_fd_fine(fd)) {
        printf("fd okay!\n");
    } else {
        printf("fd bad!\n");
    }
    close(fd);
    return 0;
}

Answer 7

已删除文件的内存中信息（您给出的所有示例都是已删除文件的实例）以及磁盘上的 inode 一直存在，直到文件关闭。

硬件热插拔是一个完全不同的问题，如果磁盘上的索引节点或元数据发生了根本改变，您不应该指望您的程序能够长时间保持活动状态。