Книга: Основы программирования в Linux

Каналы, применяемые как стандартные ввод и вывод

Каналы, применяемые как стандартные ввод и вывод

Теперь, когда вы знаете, как заставить вызов read, примененный к пустому каналу, завершиться аварийно, можно рассмотреть более простой метод соединения каналом двух процессов. Вы устраиваете так, что у одного из файловых дескрипторов канала будет известное значение, обычно стандартный ввод, 0, или стандартный вывод, 1. Его немного сложнее установить в родительском процессе, но при этом значительно упрощается программа дочернего процесса.

Одно неоспоримое достоинство заключается в том, что вы можете вызывать стандартные программы, которым не нужен файловый дескриптор как параметр. Для этого вам следует применить функцию dup, с которой вы встречались в главе 3. Существуют две тесно связанные версии функции dup, которые объявляются следующим образом:

#include <unistd.h>
int dup(int file_descriptor);
int dup2(int file_descriptor_one, int file_descriptor_two);

Назначение вызова dup — открыть новый дескриптор файла, немного похоже на то, как это делает вызов open. Разница в том, что файловый дескриптор, созданный dup, ссылается на тот же файл (или канал), что и существующий файловый дескриптор. В случае вызова dup новый файловый дескриптор всегда имеет самый маленький доступный номер, а в случае dup2 — первый доступный дескриптор, больший чем значение параметра file_descriptor_two.

Итак, как же dup помогает в обмене данными между процессами? Хитрость кроется в знании того, что дескриптор стандартного файла ввода всегда 0 и что dup всегда возвращает новый файловый дескриптор, применяя наименьший доступный номер. Сначала закрыв дескриптор 0, а затем вызвав dup, вы получите новый файловый дескриптор с номером 0. Поскольку новый файловый дескриптор — это дубликат существующего, стандартный ввод изменится и получит доступ к файлу или каналу, файловый дескриптор которого вы передали в функцию dup. В результате вы создадите два файловых дескриптора, которые ссылаются на один и тот же файл или канал и один из них будет стандартным вводом.

Легче всего понять, что происходит, когда вы закрываете файловый дескриптор 0 и затем вызываете dup, если рассмотреть состояние первых четырех файловых дескрипторов, изменяющихся последовательно друг за другом (табл. 13.1).

Таблица 13.1

А теперь выполните упражнение 13.8.

Давайте вернемся к предыдущему примеру, но на этот раз вы измените дочернюю программу, заменив в ней файловый дескриптор stdin концом считывания read созданного вами канала. Вы также выполните некоторую реорганизацию файловых дескрипторов, чтобы дочерняя программа могла правильно определить конец данных в канале. Как обычно, мы пропустили некоторые проверки ошибок для краткости.

Превратите программу pipe3.c в pipe5.c с помощью следующего программного кода:

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
 int data_processed;
 int file pipes[2];
 const char some_data[] = "123";
 pid_t fork_result;
 if (pipe(file_pipes) == 0) {
  fork_result = fork();
  if (fork_result == (pid_t)-1) {
   fprintf(stderr, "Fork failure");
   exit(EXIT_FAILURE);
  }
  if (fork_result == (pid_t)0) {
   close(0);
   dup(file_pipes[0];
   close(file_pipes[0]);
   close(file_pipes[1]);
   execlp("od", "od", "-c", (char*)0);
   exit(EXIT_FAILURE);
  } else {
   close(file_pipes[0]);
   data_processed = write(file_pipes[1], some_data,
    strlen(some_data));
   close(file_pipes[1]);
   printf("%d — wrote %d bytesn", (int)getpid(), data_processed);
  }
 }
 exit(EXIT_SUCCESS);
}

У этой программы следующий вывод:

$ ./pipe5
22495 - wrote 3 bytes
0000000 1 2 3
0000003

Как это работает

Как и прежде, программа создает канал, затем выполняет вызов fork, создавая дочерний процесс. В этот моменту обоих процессов, родительского и дочернего, есть файловые дескрипторы для доступа к каналу, по одному для чтения и записи, т.е. всего четыре открытых файловых дескриптора.

Давайте первым рассмотрим дочерний процесс. Он закрывает свой стандартный ввод с помощью close(0) и затем вызывает dup(file_pipes[0]). Этот вызов дублирует файловый дескриптор, связанный с концом read канала, как файловый дескриптор 0, стандартный ввод. Далее дочерний процесс закрывает исходный файловый дескриптор для чтения из канала, file_pipes[0]. Поскольку этот процесс никогда не будет писать в канал, он также закрывает файловый дескриптор для записи в канал, file_pipes[1]. Теперь у дочернего процесса единственный файловый дескриптор, связанный с каналом, файловый дескриптор 0, его стандартный ввод.

Далее дочерний процесс может применить exec для вызова любой программы, которая читает стандартный ввод. В данном случае мы используем команду od. Команда od будет ждать, когда данные станут ей доступны, как если бы она ждала ввода с терминала пользователя. В действительности без специального программного кода, позволяющего непосредственно выяснить разницу, она не будет знать, что ввод приходит из канала, а не с терминала.

Родительский процесс начинает с закрытия конца чтения канала, file_pipes[0], потому что он никогда не будет читать из канала. Затем он пишет данные в канал. Когда все данные записаны, родительский процесс закрывает конец записи в канал и завершается. Поскольку теперь нет файловых дескрипторов, открытых для записи в канал, программа od сможет считать три байта, записанных в канал, но последующие операции чтения далее будут возвращать 0 байтов, указывая на конец файла. Когда read вернет 0, программа od завершится. Это аналогично выполнению команды od, введенной с терминала, и последующему нажатию комбинации клавиш <Ctrl>+<D> для отправки признака конца файла команде od.

На рис. 13.3 показан результат вызова pipe, на рис. 13.4 — результат вызова fork, а на рис. 13.5 представлена программа, когда она готова к передаче данных.

Рис. 13.3

Рис. 13.4

Рис. 13.5

Оглавление книги