使用字符串输入和输出运行进程

Question

这里有很多与 fork() 和 exec() 相关的问题。不过，我还没有找到真正使使用它们的过程变得简单的方法，而让程序员的生活变得简单就是目标。

我需要一个 C++、Linux 友好的函数来执行以下操作：

string RunCommand(string command, string input){}

该函数应该能够运行 shell 命令，例如 grep，并将输入内容“通过管道”传输到其中并读取输出并返回它。因此，如果我在命令行执行以下操作：

ps -elf | grep somequerytext

我会在代码中执行以下操作：

string psOutput = RunCommand("ps -elf","");
string grepOutput = RunCommand("grep somequerytext", psOutput);

*编辑：问题是 RunCommand 函数的最佳实现是什么。

*编辑：popen 被认为是一种简单的解决方案，但 popen 限制您只能通过管道输入数据或通过管道输出数据，但不能同时使用两者。

Answer 1

看来您需要一个函数来：

• 创建两个管道和叉子。
• 然后子进程执行以下操作：
  • 复制适当的管道描述符，以便一个文件描述符是标准输入，一个是标准输出
  • 关闭管道描述符
  • 将命令字符串拆分为参数
  • 使用参数运行命令
• 父（主）进程然后执行以下操作：
  • 关闭适当的管道文件描述符
  • 将输入字符串写入子级并关闭到子级标准输入的管道
  • 从子级读取输出字符串
  • 关闭子级标准输出的管道
  • 等待孩子死去
• 当孩子死了，主进程可以继续，返回它读取的字符串。

这个大纲的唯一潜在问题是，如果子进程在完成读取输入之前写入输出，并且它写入了太多输出，以致管道已满（它们的容量有限且通常很小）。在这种情况下，进程将死锁 - 父进程尝试写入子进程，子进程尝试写入父进程，并且两者都在等待对方读取某些数据。您可以通过在父级中使用两个线程来避免这种情况，一个处理写入，另一个处理读取。或者，您可以使用两个子进程，一个用于运行命令，另一个用于写入标准输入，而父进程则从命令的标准输出读取到字符串中。

没有标准函数来执行此操作的原因之一正是难以确定什么是适当的语义。

我忽略了错误处理和信号处理问题；它们增加了一切的复杂性。

Answer 2

在讨论 RunCommand 的实现之前，让我们考虑一下这个代码片段：

string psOutput = RunCommand("ps -elf","");
string grepOutput = RunCommand("grep somequerytext", psOutput);

在上面的代码片段中，问题在于命令是顺序运行的，而不是并发/并行运行的。 （请参阅使用 POSIX 线程编程 p.9 ) 举个例子，如果 ps -elf 生成大量数据，这些数据将存储在psOutput 然后传递给下一个命令。但在实际实现中，管道中的每个进程都是并发运行的，并且通过pipe传递数据（当然有一些缓冲），不需要等待一个进程执行后再开始执行的其他进程。

我建议您查看 Richard Steven 的 Unix 环境中的高级编程 第 8 章“进程控制”第 223 页，以了解 system 的实现。基于 Richard Steven 的代码，RunCommand 的示例实现如下（只是框架代码，没有错误检查）：

int RunCommand(string command)
{
    pid_t pid;
    if ( ( pid = fork() ) < 0 ) return -1;
    else if (pid == 0)
    {
        execl("/bin/sh", "sh", "-c", command.c_str(), (char*) 0);
    }
    else
    {
       /* The parent waits for the child */
       wait(pid, ...);
    }
}

然后将调用上述函数：

string s("ps -elf | grep somequerytext");
int status = RunCommand(s);

shell 负责解析其输入并通过在命令之间设置管道来运行命令。
如果您有兴趣了解 shell 的实现方式，请参阅 Terrence Chan 使用 C++ 进行 Unix 系统编程 第 8 章“Unix 进程”中的“A Minishell 示例”（Jonathan Leffler 的 答案几乎描述了一个shell实现！）

Answer 3

为什么不使用popen()？它位于标准库中，并且使用起来非常简单：

FILE* f = popen("ps -elf | grep somequerytext", "r");
char buf[2048];
buf[fread(buf, 1, 2048, f)] = '\0';
cout << buf;