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linux进程间通信：shell管道 | 的实现

编程日记 2024-04-27 14:00:00

文章目录

- - 介绍
  - 重定向函数介绍
  - 总结

linux terminal输入如下命令，其中"|"符号即为我们上文中所说的无名管道
在这里插入图片描述

介绍

正如我们上文中所描述的"|“无名管道提供了具有亲缘关系的进程之间的通信，它由于直接使用系统调用，运行效率较高。则linux系统下可以大批量的使用”|"来提供命令直接输入输出的重定向。

具体shell中管道的实现可以参考如下图：
在这里插入图片描述
当我们直接执行lsmod时，此时进程文件描述符默认会打开标准输入，标准输出，标准错误三个文件。lsmod的输出内容会写到标准输出设备，即linux terminal显示屏。当我们加入了管道，其最终将标准输出重定向到管道的f[1]写描述符。

具体流程如下：
a. 将命令封装成进程：通过fork/exec系统调用
b. 该进程此时会默认打开stdin 0 ,stdout 1 ,sdterr 2 连接到终端上
c. 运行的命令从键盘读取数据并且把输出和错误消息写到屏幕上（标准输出一般默认是屏幕）
d. 通过重定向，可以从指定文件读取数据，或将数据输出到指定文件
e. 重定向IO的功能是由shell本身实现，标准流与文件连接
f. 程序本身并不知道数据最后流向哪里，他只知道将自身输出写到标准输出中
g. 通过命令：cmd > file 告诉shell将stdout定位到的文件file,于是shell就将文件描述符与指定的文件连接起来，程序将输出放入file而不是默认的屏幕

重定向函数介绍

如下三个函数

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd); //将old文件描述符重定向给返回值
int dup2(int oldfd, int newfd); //重定向成功，则返回重定向后新的文件句柄#define _GNU_SOURCE             /* See feature_test_macros(7) */
#include <fcntl.h>              /* Obtain O_* constant definitions */
#include <unistd.h>
int dup3(int oldfd, int newfd, int flags);

以上dup，dup2,dup3函数在shell中实现了将输入输出设备和管道联系了起来，将输入输出重定向到具体文件之中

int dup(int oldfd)
其中dup函数实现了将旧的文件描述符拷贝给新的文件描述符，此时old_fd和new_fd将会共享同一个文件的状态标记（读写权限等），文件偏移地址等

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>int main()
{int fd,new_fd;//打开文件fd = open("write.txt",O_RDWR | O_CREAT,777);if(fd == -1){perror("open failed");exit (-1);}//将fd文件描述符拷贝到新的文件描述符，两个文件描述符共享同一个文件new_fd = dup(fd);write(fd, "hello",strlen("hello"));write(new_fd, "world", strlen("world"));write(fd, "zhang", strlen("world"));//紧接着new_fd对文件写操作之后的偏移地址进行写close(fd);close(new_fd);return 0;
}

如果我们将以上中new_fd置为1（1的文件句柄代表标准输出），则write的结果将输出到屏幕
如下代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main()
{int new_fd;new_fd = dup(1); //将new_fd重定向到标准输出，即copy一个标准输出到new_fdwrite(1,"hello",strlen("hello"));write(new_fd,"world\n",strlen("wrold\n")); //此时操作系统为该进程文件重新分配一个文件句柄3，因为0，1，2已经被占用//printf("new_fd = %d\n",new_fd);close(new_fd);return 0;
}

int dup2(int old_fd,int new_fd)
dup2函数和dup函数可以指定我们想要重定向到的文件句柄，比如我们想将标准输出重定向到指定的文件
查看如下代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>int main()
{int fd,new_fd;char *ptr = "hello world\n";fd = open("data.log",O_RDWR | O_CREAT,664);if (fd == 0) {perror("open failed");exit(-1);}new_fd = dup2(fd,1); //将标准输出重定向到fd文件句柄，即data.log文件if (new_fd == -1) {perror("open failed ");exit(-1);}printf("fd : %d \n new_fd :%d\n",fd,new_fd); //同样是标准输出，那么它的输出也会输出到 fd文件句柄。同时对new_fd的操作即为对标准输出的操作write(1,ptr,strlen(ptr));write(new_fd,"i am new\n",strlen("i am new\n"));//向new_fd中写入，即向标准输出中写入，但是此时标准输出已经重定向到了data.log中close(fd);return 0;
}

输出如下：
此时这个输出很有意思，可以发现c语言的面向过程式有点不太对，为什么write(" i am new")是在printf之后调用，但是它的输出结果确是在prinf前输出呢？这里很明显，printf函数的同样是标准输出，但是它是在程序执行完成之后将结果重定向到标准输出的，而我们调用write(“i am new”)确是已经在运行过程中将结果通过标准输出重定向到文件，所以此时printf的输出会晚于用重定向函数的结果

[root@node1 /]# cat data.log 
hello world
i am new
fd : 3 new_fd :1

通过管道以及重定向实现如下操作lsmod |grep snd
基本流程如下
在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>int main()
{int pipe_fd [2]; if (pipe(pipe_fd) == -1) {//创建一个管道perror("pipe");exit (-1);} else {int ret;ret = fork();if (ret == 0) { //标准输出重定向到管道的写端，即lsmod的输出将重定向到f[1]dup2(pipe_fd[1],1);execlp("lsmod","lsmod",NULL,NULL);}else {dup2(pipe_fd[0],0); //从f[0]读出f[1]写入的内容到标准输入close(pipe_fd[1]); execlp("grep","grep","snd",NULL);}}return 0;
}

总结

通过以上探讨，我们了解了linux shell中管道以及重定向符的实现原理，通过dup系列函数对进程文件句柄的复制实现。有意思~

https://www.dkcj.cn/info/5302.html

linux进程间通信：shell管道 | 的实现

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介绍

重定向函数介绍

总结

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