如何一起使用 dup2 和 fork？

Question

我正在学习操作系统课程，当你有 fork 时，我很难理解如何使用 dup2 重定向输入。我编写了这个小程序来尝试了解它，但我没有成功地将孙子的输出传递给孩子。我正在尝试模仿unix命令： ps -A | WC-L。我是 Unix 新手，但我相信这应该计算我得到的正在运行的进程列表的行数。所以我的输出应该是一个数字。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>

using namespace std;

int main( int argc, char *argv[] )  {

    char *searchArg = argv[ 1 ];
    pid_t pid;

    if ( ( pid = fork() ) > 0 ) {
        wait( NULL );
        cout << "Inside parent" << endl;
    } 
    else if ( pid == 0 ) {
            int fd1[ 2 ];
            pipe( fd1 );
            cout << "Inside child" << endl;

            if ( pid = fork() > 0 ) {
                dup2( fd1[ 0 ], 0 );
                close( fd1[ 0 ] );
                execlp( "/bin/wc", "-l", NULL );
            }
            else if ( pid == 0 ) {
                cout << "Inside grand child" << endl;
                execlp( "/bin/ps", "-A", NULL );
            }
        }
    return 0;
}

我在上面的代码中没有它，但这是我对事情应该如何进行的猜测：

• 我们需要重定向命令 ps -A 的标准输出（通常打印到屏幕上的内容，对吗？）以便 wc -l命令可以使用它来计算行数。
• 可以使用 dup2 重定向此标准输出，例如 dup2( ?, 1 ) ，这意味着将标准输出重定向到 ?。然后你关闭？

问题：我应该将其重定向到哪里？我知道它应该是文件描述符之一，但是应该将其重定向到哪里以便 wc 可以处理它？

• wc 以某种方式接收标准输出。

问题：wc 如何接收输出？通过 execlp 参数？或者操作系统是否检查文件描述符之一？

• 执行wc -l。

其中哪一个被关闭并保持打开状态以供 wc 接收和处理 ps 的输出？我一直认为这需要向后考虑，因为 ps 需要将其输出提供给 wc...但这似乎没有意义，因为子级和孙级都是并行处理的。

Answer 1

首先，让我们修复您的代码，以便为它添加一点点错误检查，以便它能够工作；将底部的部分替换为：

else if ( pid == 0 ) {
        int fd1[ 2 ];
        pipe( fd1 );
        cout << "Inside child" << endl;

        if ( (pid = fork()) > 0 ) {
            if (dup2( fd1[ 0 ] , 0 ) < 0) {
              cerr << "Err dup2 in child" << endl;
            }
            close( fd1[ 0 ] );
            close( fd1[ 1 ] ); // important; see below
            // Note: /usr/bin, not /bin
            execlp( "/usr/bin/wc", "wc", "-l", NULL );
            cerr << "Err execing in child" << endl;
        }
        else if ( pid == 0 ) {
            cout << "Inside grand child" << endl;
            if (dup2( fd1[ 1 ] , 1 ) < 0) {
              cerr << "Err dup2 in gchild" << endl;
            }
            close( fd1[ 0 ] );
            close( fd1[ 1 ] );
            execlp( "/bin/ps", "ps", "-A", NULL );
            cerr << "Err execing in grandchild" << endl;
        }
}

现在，您的问题：

• 问题：我将其重定向到哪里？我知道它应该是文件描述符之一，但是应该将其重定向到哪里以便 wc 可以处理它？<​​/p>

  文件描述符 0、1 和 2 在 Unix 中很特殊，因为它们是标准输入、标准输出和标准错误。 wc 从标准输入读取，因此无论什么都 dup 为 0。

• 问题：wc如何接收输出？通过 execlp 参数？或者操作系统是否检查文件描述符之一？

  一般来说，在进程使用 exec 交换其映像后，它将拥有在 exec 之前拥有的所有打开的文件描述符。 （除了那些设置了 CLOSE_ON_EXEC 标志的描述符，但现在忽略它）因此，如果您将某些内容 dup2 为 0，则 wc 将读取它。

• 其中哪一个已关闭并保持打开状态以供 wc 接收和处理 ps 的输出？

  如上所示，您可以在子级和孙级中关闭管道的两端，这样就可以了。事实上，标准做法会建议您这样做。然而，在这个特定示例中，唯一真正必要的 close 行是我评论为“重要”的那行 - 即关闭子进程中管道的 write 端。

  这个想法是这样的：子进程和孙进程在启动时管道的两端都打开。现在，通过 dup 我们已将 wc 连接到管道的读取端。 wc 将继续吸收该管道，直到管道写入端的所有描述符都关闭，此时它会看到它到达文件末尾并停止。现在，在孙子中，我们可以不关闭任何东西，因为 ps -A 不会对任何描述符执行任何操作，而是写入描述符 1 >，在 ps -A 完成吐出有关某些进程的内容后，它将退出，关闭它拥有的所有内容。在子进程中，我们实际上并不需要关闭存储在 fd[0] 中的读取描述符，因为 wc 不会尝试从描述符以外的任何内容读取<代码>0。但是，我们确实需要关闭子级中管道的写入端，否则 wc 将与永远不会完全关闭的管道一起坐在那里。

  正如您所看到的，除了标记为“重要”的行之外，我们实际上不需要任何 close 行的原因取决于 wc 的详细信息> 和 ps 将会起作用，因此标准做法是关闭未完全使用的管道末端，并保持仅使用一个描述符的末端打开。由于您在两个进程中都使用 dup2，这意味着如上所述的四个 close 语句。

编辑：更新了 execlp 的参数。