C 语言 数据流和重定向

Question

1.1 数据流

数据流：就是流动的数据，数据从一个进程流出，流入另一个进程，除了标准输出，标准输入，标准错误外还有其他形式的数据流，如文件连接，网络连接。

进程含有：

• 正在运行的程序
• 堆和栈数据空间
• 记录数据流的方向

1.2 文件描述符

进程用文件描述符表示数据流， 是一个数字，代表一条数据流。把文件描述符和对应的数据流保存到描述符表中。这张表长这个样：

前三项一直不变：

• 0 : 标准输入
• 1 : 标准输出
• 2 : 标准错误

其他项要么空，要么是进程打开的数据流。

1.3 重定向

重定向：替换数据流， 标准输入/输出/错误在描述符表中的位置是固定的,但它们指向的数据流可以改变。也就是说,如果想重定向标准输出,只需要修改表 中 1 号描述符对应的数据流就行了。

所有向标准输出发送数据的函数会先查看描述符表，看 1 号描述符指向哪条数据流，然后再把数据写到这条数据流中，printf() 便是如此。

1.4 对文件描述符的操作

有如下相关函数：

• fileno() : 返回描述符号
• dup2() : 复制数据流

1.4.1 fileno()

1.4.2 dup2()

1.4.3 实例：rss 源检索输出到文件中

还是上一章节的例子，只有一个 rss 源：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

//定义一个通用的错误处理方法
void error(char *msg){
  fprintf(stderr, "%s: %s\n", msg, strerror(errno));
  exit(1);    // exit(1) 会立刻终止程序并把`退出状态`设为 1
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  char *phrase = argv[1];
  char *vars[] = {"RSS_FEED=http://rss.news.sohu.com/rss/guoji.xml", NULL};
  //打开文件
  FILE *f = fopen("output.txt", "w");
  //判断打开文件是否成功
  //如果不能以写的方式打开，则`f=0`
  if (!f) {
    error("文件 output.txt 打开失败");
  }
  
  //fork 进程
  pid_t cf = fork();
  //判断 fork 是否成功
  if (cf == -1) {
    error("fork 进程失败");
  }
  
  //这段代码会修改子进程，因为 pid 为 0
  if (!cf) {
    //重定向,让 1 号描述符指向 output.txt 文件
    if (dup2(fileno(f), 1) == -1) {
      error("重定向失败");
    }
    //执行系统调用
    int pid = execle("/usr/bin/python", "/usr/bin/python", "./rssgossip.py", phrase, NULL, vars);
    if (pid == -1) {
      error("系统调用失败");
    }
  }
  return 0;
}

我们运行下代码：

./rss sohu 
cat output.txt

如果幸运的话，里面会看到内容，这里我故意放慢 rssgossip.py 运行， 加上了 time.sleep(3)，让它 3s 后才开始处理。你会看到 output.txt 文件里面为空，等到 3s 过去后才会有值。

➜  intoC git:(master) ✗ ./rss sohu  
➜  intoC git:(master) ✗ cat output.txt
➜  intoC git:(master) ✗ cat output.txt
➜  intoC git:(master) ✗ cat output.txt
➜  intoC git:(master) ✗ cat output.txt
www.sohu.com 

也就是说 rss 程序启动独立进程运行 rssgossip.py，而子进程一创建就会父进程没关系了，rssgossip.py 还没有完成任务，rss 就结束了，所以 output.txt 为空，也 就是说,操作系统必须提供一种方式，让你等待子进程完成任务。

1.5 waitpid() 函数

针对上面的问题， waitpid() 函数会让子进程运行结束后才返回。我们在程序的最后面加上下面的代码：

int pid_status;
if (waitpid(cf, &pid_status, 0) == -1) {
  error("等待子进程时发生错误");
}
return 0;

然后在运行程序：

➜  intoC git:(master) ✗ gcc rss.c -o rss
➜  intoC git:(master) ✗ ./rss sohu     
➜  intoC git:(master) ✗ cat output.txt 
www.sohu.com 

rss 程序不是立即就退出的，而是等一会，等待 rssgossip.py 完成后再退出。