特殊文件——管道

管道與重定向

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概述

對於一些須要進程間的協做來解決問題的場景，進程間的通訊是必要的。而最簡單的UNIX進程通訊機制就是管道,他是由特殊文件表示的。調用者能夠經過文件描述符fd[0]和fd[1]來訪問它，從fd[1]寫入的數據能夠按照先進先出的順序從fd[0]中讀出。

文件描述符：在形式上是一個非負整數。實際上，它是一個索引值，指向內核爲每個進程所維護的該進程打開文件的記錄表。當程序打開一個現有文件或者建立一個新文件時，內核向進程返回一個文件描述符。在程序設計中，一些涉及底層的程序編寫每每會圍繞着文件描述符展開。可是文件描述符這一律念每每只適用於UNIX、Linux這樣的操做系統。

咱們要明白，每一個Unix進程（除了可能的守護進程）應均有三個標準的POSIX文件描述符，對應於三個標準流：

整數值	名稱	<unistd.h>符號常量	<stdio.h>文件流
0	Standard input	STDIN_FILENO	stdin
1	Standard output	STDOUT_FILENO	stdout
2	Standard error	STDERR_FILENO	stderr

例如：$ls -l | head -5中，|就表示一個管道，ls的標準輸出被經過中間通訊緩衝區被「鏈接」到了head的標準輸入中。

實現重定向

瞭解了文件描述符的概念後，咱們就能利用dup2函數來實現重定向。下面咱們來用ｃ語言模擬$ls -l | head -5。

源代碼

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    pid_t child;
    int fd[2];

    if ((pipe(fd) == -1) || ((child = fork()) == -1)) {
        perror("Failed to fork.");
        return 1;
    }

    if (child == 0) {     /* 子進程 */ 
        if (dup2(fd[1], STDOUT_FILENO) == -1)
            perror("Failed to redirect stdout of ls");
        else if ((close(fd[0]) == -1) || (close(fd[1]) == -1))
            perror("Failed to close extra pipe descriptors on ls");
        else {
            execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);
            perror("Failed to execute ls");
        }
    }

    /* 父進程 */ 
    if (dup2(fd[0], STDIN_FILENO) == -1)
        perror("Failed to redirect stdin of head");
    else if ((close(fd[0]) == -1) || (close(fd[1]) == -1))
        perror("Failed to close extra pipe descriptors on head");
    else {
        execl("/usr/bin/head", "head", "-5", NULL);
        perror("Failed to execute head");
    }
    return 0;
}

過程圖示

fork函數在建立一個子進程時，子進程就會繼承父進程的環境和上下文中的大部份內容的一份拷貝，包括信號狀態，調度參數和文件描述符表。因爲子進程在被建立時會收到父進程文件描述符表的一份拷貝，所以對於在建立子進程前就打開的文件來書，父進程和子進程將共享同一個文件的偏移量。 調用fork後，文件描述符表狀態以下：

兩個dup2函數執行完畢後，文件描述符表的狀態以下：

調用close完畢後，文件描述符表的狀態以下：

編譯運行

$ gcc redirect_demo.c
$ ./a.out
total 4888
-rwxrwxr-x  1 chris chris    8576 3月   5 21:23 a.out
drwxrwx--- 10 chris chris    4096 3月   5 21:23 ccls
-rw-rw-r--  1 chris chris     637 3月   5 21:23 coc-25627.vim
-rw-rw-r--  1 chris chris   25829 3月   5 15:06 coc-ultisnips-c7dd5acb3d1574c377e86b60ee637c3c.py

原文出處：https://www.cnblogs.com/chrisynl/p/12422837.html