Linux操作之输入输出重定向和管道

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h>
#define BUFFER 255
fprintf(stderr,"Pipe Error：%s\n\a",strerror(errno)); exit(1); }
if(fork()==0) {
close(fd[0]); printf("Child[%d] Write to pipe\n\a",getpid());
snprintf(buffer,BUFFER,"%s",argv[1]); write(fd[1],buffer,strlen(buffer));
close(pipe_out[1]);
// 关闭父进程的写管道的子进程写端
dup2(pipe_in[1], STDOUT_FILENO); // 复制父进程的读管道到子进程的标准输出
dup2(pipe_out[0], STDIN_FILENO); // 复制父进程的写管道到子进程的标准输入
close(pipe_in[1]); // 关闭已复制的读管道
// 关闭管道的子进程端
/* 现在可在 fd[0]中读写数据 */
shutdown(fd[0], SHUT_WR); // 通知对端数据发送完毕
/* 读取剩余数据 */
close(fd[0]);
// 关闭管道
/* 使用 wait 系列函数等待子进程退出并取得退出代码 */
}
很清楚，这比使用两个单向管道的方案要简洁不少。我将在此基础上作进一步的封装和改进。
printf("Parent[%d] Read：%s\n",getpid(),buffer); exit(1); }
Linux 上实现双向进程间通信管道
级别： 初级
文
吴咏炜 (adah@sh163.net), 开发者
2004 年 9 月 01 日
本文阐述了一个使用 socketpair 系统调用在 Linux 上实现双向进程通讯管道的方法，并提供了一个实
LINUX 还提供了< >; | <<等等重定向操作符.在这些过滤和重 定向程序当中,都用到了管 Linux 操作系统 C 语言编程入门 [24 of 104]
道这种特殊的文件.系统调用 pipe 可以创建一个管道. #include<unistd.h>; int pipe(int fildes[2]);
现。
问题和常见方法
Linux 提供了 popen 和 pclose 函数 (1)，用于创建和关闭管道与另外一个进程进行通信。其接口如下：
FILE *popen(const char *command， const char *mode); int pclose(FILE *stream);
遗憾的是，popen 创建的管道只能是单向的 -- mode 只能是 "r" 或 "w" 而不能是某种组合--用户只能选 择要么往里写，要么从中读，而不能同时在一个管道中进行读写。实际应用中，经常会有同时进行读写的要求 望把文本数据送往 sort 工具排序后再取回结果。此时 popen 就无法用上了。我们需要寻找其它的解决方案。 有一种解决方案是使用 pipe 函数 (2)创建两个单向管道。没有错误检测的代码示意如下：
close(pipe_out[1]);
// 关闭写管道
/* 读取 pipe_in[0]中的剩余数据 */
close(pipe_in[0]); // 关闭读管道
/* 使用 wait 系列函数等待子进程退出并取得退出代码 */
}
当然，这样的代码的可读性（特别是加上错误处理代码之后）比较差，也不容易封装成类似于 popen/pclose 的 使用。究其原因，是 pipe 函数返回的一对文件描述符只能从第一个中读、第二个中写（至少对于 Linux 是如此 就只能采取这么累赘的两个 pipe 调用、两个文件描述符的形式了。
封装和实现 直接使用上面的方法，无论怎么看，至少也是丑陋和不方便的。程序的维护者想看到的是程序的逻辑，而不是 各样的繁琐细节。我们需要一个好的封装。 封装可以使用 C 或者 C++。此处，我按照 UNIX 的传统，提供一个类似于 POSIX 标准中 popen/pclose 函数调 最大程度的可用性。接口如下： FILE *dpopen(const char *command); int dpclose(FILE *stream); int dphalfclose(FILE *stream);
一个更好的方案 使用 pipe 就只能如此了。不过，Linux 实现了一个源自 BSD 的 socketpair 调用 (3)，可以实现上述在同一个文 的功能（该调用目前也是 POSIX 规范的一部分 (4)）。该系统调用能创建一对已连接的（UNIX 族）无名 soc 全可以把这一对 socket 当成 pipe 返回的文件描述符一样使用，唯一的区别就是这一对文件描述符中的任何一 这似乎可以是一个用来实现进程间通信管道的好方法。不过，要注意的是，为了解决我前面的提出的使用 sor 要关闭子进程的标准输入通知子进程数据已经发送完毕，而后从子进程的标准输出中读取数据直到遇到 EOF。 话每个管道可以单独关闭，因而不存在任何问题；而在使用双向管道时，如果不关闭管道就无法通知对端数据 闭了管道又无法从中读取结果数据。——这一问题不解决的话，使用 socketpair 的设想就变得毫无意义。 令人高兴的是，shutdown 调用 (5)可解决此问题。毕竟 socketpair 产生的文件描述符是一对 socket，socket 上 用，其中也包括 shutdown。——利用 shutdown，可以实现一个半关闭操作，通知对端本进程不再发送数据，
Linux 操作之输入输出重定向和管道
Unix 下使用标准输入 stdin 和标准输出 stdout，来表示每个命令的输入和输出，还使 用一个标准错误输出 stderr 用于输出错误信息。这三个标准输入输出系统缺省与控制终 端设备相联系在一起的。因此，在标准情况下，每个命令通常从它的控制终端中获取输 入，将输出打印到控制终端的屏幕上。
close(pipe_out[0]);
// 关闭已复制的写管道
/* 使用 exec 执行命令 */
} else {
// 父进程
close(pipe_in[1]); // 关闭读管道的写端
close(pipe_out[0]);
// 关闭写管道的读端
/* 现在可向 pipe_out[1]中写数据，并从 pipe_in[0]中读结果 */
• 当编译时在 gcc 中使用了"-pthread"命令行参数时，本实现会启用 POSIX 线程支持，使用互斥量保护对 实现可以安全地用于 POSIX 多线程环境之中。
• 与 popen 类似 (7)，dpopen 会在 fork 产生的子进程中关闭以前用 dpopen 打开的管道。 • 如果传给 dpclose 的参数不是以前用 dpopen 返回的非 NULL 值，当前实现除返回-1 表示错误外，还会把
Unix 系统提供了一些特殊的设备文件，用在一些特殊情况下。例如一个特殊设备文 件为/dev/null，永远无法写满，写入的内容被系统立即丢弃。如果不想看到程序的输出， 可以使用它作输出。
$ make world > /dev/null 去除了屏幕输出，使整个程序执行过程非常平静。
管道文件 （转载 LINUX 下 C 入门）
int main(int argc,char **argv) {
char buffer[BUFFER+1]; int fd[2]; if(argc!=2) {
fprintf(stderr,"Usage：%s string\n\a",argv[0]); exit(1); }
if(pipe(fd)!=0) {
但是也可以重新定义程序的输入 stdin 和输出 stdout，将它们重新定向。最基本的用 法是将她们重新定义到一个文件上去，从一个文件获取输入，输出到另外的文件中等。
$ ls > ls.out
$ cat < ls.out
这种输入输出重定向带来了极大的灵活性，可以将输出结果记录下来，也可以将程 序所需要的输入使用文件提前准备就绪，这样一来多次执行就不需要重新输入。
printf("Child[%d] Quit\n\a",getpid()); exit(0); } else {
close(fd[1]); printf("Parent[%d] ຫໍສະໝຸດ Baiduead from pipe\n\a",getpid());
memset(buffer,'\0',BUFFER+1); read(fd[0],buffer,BUFFER);
件描述符接收来自对端的数据。没有错误检测的代码示意如下：
int fd[2];
pid_t pid;
socketpair(AF_UNIX, SOCKET_STREAM, 0, fd); // 创建管道
if ( (pid = fork()) == 0) { // 子进程
close(fd[0]);
// 关闭管道的父进程端
pipe 调用可以创建一个管道(通信缓冲区).当调用成功时,我们可以访问文件描述符 fild es[0],fildes[1].其中 fildes[0]是用来读的文件描述符,而 fildes[1]是用来写的文件描 述符. 在实际使用中我们是通过创建一个子进程,然后一个进程写,一个进程读来使用的
程序已修改调过，正确：
dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
// 复制管道的子进程端到标准输出
dup2(fd[1], STDIN_FILENO);
// 复制管道的子进程端到标准输入
close(fd[1]);
// 关闭已复制的读管道
/* 使用 exec 执行命令 */
} else {
// 父进程
close(fd[1]);
int pipe_in[2], pipe_out[2];
pid_t pid;
pipe(&pipe_in);
// 创建父进程中用于读取数据的管道
pipe(&pipe_out);
// 创建父进程中用于写入数据的管道
if ( (pid = fork()) == 0) { // 子进程
close(pipe_in[0]); // 关闭父进程的读管道的子进程读端
关于接口，以下几点需要注意一下：
• 与 pipe 函数类似，dpopen 返回的是文件结构的指针，而不是文件描述符。这意味着，我们可以直接使 文件缓冲区会缓存写入管道的数据（除非使用 setbuf 函数关闭文件缓冲区），要保证数据确实写入到 函数。
• 由于 dpopen 返回的是可读写的管道，所以 popen 的第二个表示读/写的参数不再需要。 • 在双向管道中我们需要通知对端写数据已经结束，此项操作由 dphalfclose 函数来完成。
具体的实现请直接查看程序源代码，其中有详细的注释和 doxygen 文档注释 (6)。我只略作几点说明：
• 本实现使用了一个链表来记录所有 dpopen 打开的文件指针和子进程 ID 的对应关系，因此，在同时用 多的时候，dpclose（需要搜索链表）的速度会稍慢一点。我认为在通常使用过程中这不会产生什么问 情况下这会是一个问题的话，可考虑更改 dpopen 的返回值类型和 dpclose 的传入参数类型（不太方便 或者使用哈希表/平衡树来代替目前使用的链表以加速查找（接口不变，但实现较复杂）。
$ echo “ today is “ > out
$ date >> out
使用 >>标记表示输出结果采用添加的方式，将结果附加在文件 out 后面，而不是简 单的将原有文件重新覆盖的方式。
更为灵活的方式是将输入输出和一个执行命令联系起来，而不是一个固定的文件。
$ ls -l | grep mbox 上面的命令，将 ls -l 的输入作为 grep 的输入，这种方式称为管道。Unix 提供了很 多功能强大的小命令，但使用管道将这些命令组合起来，就形成了非常强大的工具组合， 能完成非常复杂的工作。