File from file descriptor linux

Файл дескриптор в Linux с примерами

Однажды, на одном интервью меня спросили, что ты будешь делать, если обнаружишь неработающий сервис из-за того, что на диске закончилось место?

Конечно же я ответил, что посмотрю, чем занято это место и если возможно, то почищу место.
Тогда интервьюер спросил, а что если на разделе нет свободного места, но и файлов, которые бы занимали все место, ты тоже не видишь?

На это я сказал, что всегда можно посмотреть открытые файл дескрипторы, например командой lsof и понять какое приложение заняло все доступное место, а дальше можно действовать по обстоятельствам, в зависимости от того, нужны ли данные.

Интервьюер прервал меня на последнем слове, дополнив свой вопрос: «Предположим, что данные нам не нужны, это просто дебаг лог, но приложение не работает из-за того, что не может записать дебаг»?

«окей», — ответил я, «мы можем выключить дебаг в конфиге приложения и перезапустить его».
Интервьюер возразил: «Нет, приложение мы перезапустить не можем, у нас в памяти все еще хранятся важные данные, а к самому сервису подключены важные клиенты, которых мы не можем заставлять переподключаться заново».

«ну хорошо», сказал я, «если мы не можем перезапускать приложение и данные нам не важны, то мы можем просто очистить этот открытый файл через файл дескриптор, даже если мы его не видим в команде ls на файловой системе».

Интервьюер остался доволен, а я нет.

Тогда я подумал, почему человек, проверяющий мои знания, не копает глубже? А что, если данные все-таки важны? Что если мы не можем перезапускать процесс, и при этом этот процесс пишет на файловую систему в раздел, на котором нет свободного места? Что если мы не можем потерять не только уже записанные данные, но и те данные, что этот процесс пишет или пытается записать?

Тузик

В начале моей карьеры я пытался создать небольшое приложение, в котором нужно было хранить информацию о пользователях. И тогда я думал, а как мне сопоставить пользователя к его данным. Есть, например, у меня Иванов Иван Иваныч, и есть у него какие-то данные, но как их подружить? Я могу указать напрямую, что собака по имени «Тузик» принадлежит этому самому Ивану. Но что, если он сменит имя и вместо Ивана станет, например, Олей? Тогда получится, что наша Оля Ивановна Иванова больше не будет иметь собаки, а наш Тузик все еще будет принадлежать несуществующему Ивану. Решить эту проблему помогла база данных, которая каждому пользователю давала уникальный идентификатор (ID), и мой Тузик привязывался к этому ID, который, по сути, был просто порядковым номером. Таким образом хозяин у тузика был с ID под номером 2, и на какой-то момент времени под этим ID был Иван, а потом под этим же ID стала Оля. Проблема человечества и животноводства была практически решена.

Файл дескриптор

Проблема файла и программы, работающей с этим файлом, примерно такая же как нашей собаки и человека. Предположим я открыл файл под именем ivan.txt и начал в него записывать слово tuzik, но успел записать только первую букву «t» в файл, и этот файл был кем-то переименован, например в olya.txt. Но файл остался тем же самым, и я все еще хочу записать в него своего тузика. Каждый раз при открытии файла системным вызовом open в любом языке программирования я получаю уникальный ID, который указывает мне на файл, этот ID и есть файл дескриптор. И совершенно не важно, что и кто делает с этим файлом дальше, его могут удалить, его могут переименовать, ему могут поменять владельца или забрать права на чтение и запись, я все равно буду иметь к нему доступ, потому что на момент открытия файла у меня были права для его чтения и/или записи и я успел начать с ним работать, а значит должен продолжать это делать.

В Linux библиотека libc открывает для каждого запущенного приложения(процесса) 3 файл дескриптора, с номерами 0,1,2. Больше информации вы можете найти по ссылкам man stdio и man stdout

• Файл дескриптор 0 называется STDIN и ассоциируется с вводом данных у приложения
• Файл дескриптор 1 называется STDOUT и используется приложениями для вывода данных, например командами print
• Файл дескриптор 2 называется STDERR и используется приложениями для вывода данных, сообщающих об ошибке

Если в вашей программе вы откроете какой-либо файл на чтение или запись, то скорее всего вы получите первый свободный ID и это будет номер 3.

Список файл дескрипторов можно посмотреть у любого процесса, если вы знаете его PID.

Например, откроем консоль с bash и посмотрим PID нашего процесса

Во второй консоли запустим

Файл дескриптор с номером 255 можете смело игнорировать в рамках данной статьи, он был открыт для своих нужд уже самим bash, а не прилинкованной библиотекой.

Сейчас все 3 файл дескриптора связаны с устройством псевдотерминала /dev/pts, но мы все равно можем ими манипулировать, например запустим во второй консоли

И в первой консоли мы увидим

Redirect и Pipe

Вы можете легко переопределить эти 3 файл дескриптора в любом процессе, в том числе и в bash, например через трубу(pipe), соединяющую два процесса, смотрим

Вы можете сами запустить эту команду с strace -f и увидеть, что происходит внутри, но я вкратце расскажу.

Наш родительский процесс bash с PID 15771 парсит нашу команду и понимает сколько именно команд мы хотим запустить, в нашем случае их две: cat и sleep. Bash знает что ему нужно создать два дочерних процесса, и объединить их одной трубой. Итого bash потребуется 2 дочерних процесса и один pipe.

Перед созданием дочерних процессов bash запускает системный вызов pipe и получает новые файл дескрипторы на временный буфер pipe, но этот буфер никак пока не связывает наши два дочерних процесса.

Для родительского процесса это выглядит так будто pipe уже есть, а дочерних процессов еще нет:

Затем с помощью системного вызова clone bash создает два дочерних процесса, и наши три процесса будут выглядеть так:

Не забываем, что clone клонирует процесс вместе со всеми файл дескрипторами, поэтому в родительском процессе и в дочерних они будут одинаковые. Задача родительского процесса с PID 15771 следить за дочерними процессами, поэтому он просто ждет ответ от дочерних.

Следовательно pipe ему не нужен, и он закрывает файл дескрипторы с номерами 3 и 4.

В первом дочернем процессе bash с PID 9004, системным вызовом dup2, меняет наш STDOUT файл дескриптор с номером 1 на файл дескриптор указывающий на pipe, в нашем случае это номер 3. Таким образом все, что первый дочерний процесс с PID 9004 будет писать в STDOUT, будет автоматически попадать в буфер pipe.

Во втором дочернем процессе с PID 9005 bash меняет с помощью dup2 файл дескриптор STDIN с номером 0. Теперь все, что будет читать наш второй bash с PID 9005, будет читать из pipe.

После этого в дочерних процессах так же закрываются файл дескрипторы с номерами 3 и 4, так как они более не используются.

Файл дескриптор 255 я намеренно игнорирую, он использует для внутренних нужд самого bash и в дочерних процессах будет также закрыт.

Далее в первом дочернем процессе с PID 9004 bash запускает с помощью системного вызова exec исполняемый файл, который мы указали в командной строке, в нашем случае это /usr/bin/cat.

Во втором дочернем процессе с PID 9005 bash запускает второй исполняемый файл, который мы указали, в нашем случае это /usr/bin/sleep.

Системный вызов exec не закрывает файл дескрипторы, если они не были открыты с флагом O_CLOEXEC во время выполнения вызова open. В нашем случае после запуска исполняемых файлов все текущие файл дескрипторы сохранятся.

Проверяем в консоли:

Как видите уникальный номер нашего pipe у нас в обоих процессах совпадает. Таким образом у нас есть связь между двумя разными процессами с одним родителем.

Для тех, кто не знаком с системными вызовами, которые использует bash, крайне рекомендую запустить команды через strace и посмотреть, что происходит внутри, например, так:

Вернемся к нашей проблеме с нехваткой места на диске и попыткой сохранить данные без перезапуска процесса. Напишем небольшую программу, которая будет записывать на диск примерно 1 мегабайт в секунду. При этом если по какой-либо причине мы не смогли записать данные на диск, мы будем просто игнорировать это и пытаться записать данные вновь через секунду. В примере я использую Python, вы можете использовать любой другой язык программирования.

Запустим программу и посмотрим на файл дескрипторы

Как видим у нас есть наши 3 стандартные файл дескрипторы и еще один, который мы открыли. Проверим размер файла:

данные пишутся, пробуем поменять права на файл:

Видим, что данные все еще пишутся, хотя наш пользователь не имеет права писать в файл. Попробуем его удалить:

Куда пишутся данные? И пишутся ли вообще? Проверяем:

Да, наш файл дескриптор все еще существует, и мы можем работать с этим файл дескриптором как с нашим старым файлом, мы можем его читать, очищать и копировать.

Смотрим на размер файла:

Размер файла 19923457. Пробуем очистить файл:

Как видим размер файла только увеличивается и наш транкейт не сработал. Обратимся к документации по системному вызову open. Если при открытии файла мы используем флаг O_APPEND, то при каждой записи операционная система проверяет размер файла и пишет данные в самый конец файла, причем делает это атомарно. Это позволяет нескольким тредам или процессам писать в один и тот же файл. Но в нашем коде мы не используем этот флаг. Мы можем увидеть другой размер файла в lsof после транкейт только если откроем файл для дозаписи, а значит в нашем коде вместо

мы должны поставить

Проверяем с «w» флагом

Программируем уже запущенный процесс

Часто программисты при создании и тестировании программы используют дебагеры (например GDB) или различные уровни логирования в приложении. Linux предоставляет возможность фактически писать и менять уже запущенную программу, например менять значения переменных, устанавливать breakpoint и тд и тп.

Возвращаясь к оригинальному вопросу с нехваткой места на диске для записи файла, попробуем сэмулировать проблему.

Создадим файл для нашего раздела, который мы подмонтируем как отдельный диск:

Создадим файловую систему:

Подмонтируем файловую систему:

Создаем директорию с нашим владельцем:

Откроем файл только на запись в нашей программе:

Ждем несколько секунд

Итак, мы получили проблему, описанную в начале этой статьи. Свободного места 0, занятого 100%.

Мы помним, что по условиям задачи мы пытаемся записать очень важные данные, которые нельзя потерять. И при этом нам нужно починить сервис без перезапуска процесса.

Допустим, у нас все же есть место на диске, но в другом разделе, например в /home.

Попробуем «перепрограммировать на лету» наш код.

Смотрим PID нашего процесса, который съел все место на диске:

Подключаемся к процессу через gdb

Смотрим открытые файл дескрипторы:

Смотрим информацию о файл дескрипторе с номером 3, который нас интересует

Помня о том, какой системный вызов делает Python (смотрите выше, где мы запускали strace и находили вызов open), обрабатывая наш код для открытия файла, мы делаем то же самое самостоятельно от имени нашего процесса, но биты O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC нам нужно заменить на числовое значение. Для этого открываем исходники ядра, например тут и смотрим какие флаги за что отвечают

#define O_WRONLY 00000001
#define O_CREAT 00000100
#define O_TRUNC 00001000

Объединяем все значения в одно, получаем 00001101

Запускаем наш вызов из gdb

Итак мы получили новый файл дескриптор с номером 4 и новый открытый файл на другом разделе, проверяем:

Мы помним пример с pipe — как bash меняет файл дескрипторы, и уже выучили системный вызов dup2.

Пробуем подменить один файл дескриптор другим

Закрываем файл дескриптор 4, так как нам он не нужен:

И выходим из gdb

Проверяем новый файл:

Как видим, данные пишутся в новый файл, проверяем старый:

Данные не потеряны, приложение работает, логи пишутся в новое место.

Немного усложним задачу

Представим, что данные нам важны, но места на диске у нас нет ни в одном из разделов и подключить диск мы не можем.

Что мы можем сделать, так это перенаправить куда-то наши данные, например в pipe, а данные из pipe в свою очередь перенаправить в сеть через какую-либо программу, например netcat.
Мы можем создать именованный pipe командой mkfifo. Она создаст псевдофайл на файловой системе, даже если на ней нет свободного места.

Перезапускаем приложение, и проверяем:

Места на диске нет, но мы успешно создаем там именованный pipe:

Теперь нам надо как-то завернуть все данные, что попадают в этот pipe на другой сервер через сеть, для этого подойдет все тот же netcat.

На сервере remote-server.example.com запускаем

На нашем проблемном сервере запускаем в отдельном терминале

Теперь все данные, которые попадут в pipe автоматически попадут на stdin в netcat, который их отправит в сеть на порт 7777.

Все что нам осталось сделать это начать писать наши данные в этот именованный pipe.

У нас уже есть запущенное приложение:

Из всех флагов нам нужен только O_WRONLY так как файл уже существует и очищать нам его не нужно

Проверяем удаленный сервер remote-server.example.com

Данные идут, проверяем проблемный сервер

Данные сохранились, проблема решена.

Пользуясь случаем, передаю привет коллегам из компании Degiro.
Слушайте подкасты Радио-Т.

В качестве домашнего задания предлагаю подумать, что будет в файл дескрипторах процесса cat и sleep если запустить такую команду:

Источник

[Solved-6 Solutions] How to get Filename from file descriptor(Linux) in C — Linux Tutorial

Problem:

Is it possible to get the filename from a file descriptor (Linux) in C ?

Solution 1:

To get the filename from a file descriptor we can use:

Solution 2:

• /proc/self/fd/NNN where NNN is the file descriptor.
• The name of the file was opened — if the file was moved or deleted since then, it may no longer be accurate (although Linux can track renames in some cases).
• To verify, stat the filename given and fstat the fd we have, and make sure st_dev and st_ino are the same.
• File descriptors refer to files, and see some odd text strings, such as pipe:[1538488].
• The real filenames will be absolute paths, to determine which these are easily.
• Further, as others have noted, files can have multiple hardlinks pointing to them — this will only report the one it was opened.
• To find all names for a given file, to traverse the entire filesystem.

Read Also

Solution 3:

This problem on Mac OS X. We don’t have a /proc. virtual file system.

We do, instead, have a F_GETPATH command for fcntl:

To get the file associated to a file descriptor:

Solution 4:

• No option to do the require «directly and reliably», since a given FD may correspond to 0 filenames (in other cases) or > 1.
• Need the functionality to the limitations (on speed AND on the possibility of getting 0, 2, . results rather than 1), we can do it: first, fstat the FD — this tells as, in the resulting struct stat , what device the file lives on, how many hard links it has, whether it’s a special file, etc.
• For e.g. if 0 hard links to know there is in fact no corresponding filename on disk.
• If the stats to give, then we have to «walk the tree» of directories on the relevant device otherwise we find all the hard links (or just the first one, if you don’t need more than one and any one will do).
• Use readdir (and opendir &c of course) recursively opening subdirectories until to find in a struct dirent thus received the same inode number you had in the original struct stat .
• If this general approach is acceptable, C code, to know, hard to write (though I’d rather not write it if it’s useless, i.e. you cannot withstand the inevitably slow performance or the possibility of getting != 1 result for the purposes of your application;

Read Also

Solution 5:

• Restrictions to occur but lsof seems capable of determining the file descriptor and file name. This data exists in the /proc filesystem so it should be possible to get at from the program.

Solution 6:

Use fstat() to get the file’s inode by struct stat . Then, using readdir() you can compare the inode you found with those that exist (struct dirent) in a directory and find the corresponding file name.

Источник