Основы программирования в Linux - Нейл Мэтью

Вызов execl применен для вызова программы pipe4. В нем использованы следующие аргументы:

□ вызванная программа;

□ argv[0], принимающий имя программы;

□ argv[1], содержащий номер файлового дескриптора, из которого программа должна читать;

□ (char *)0, завершающий список параметров.

Программа pipe4 извлекает номер файлового дескриптора из строки аргументов и затем читает из него данные.

Чтение закрытых каналов

Прежде чем двигаться дальше, необходимо более внимательно рассмотреть файловые дескрипторы, которые открыты. До этого момента вы разрешали читающему процессу просто читать какие-то данные и завершаться, полагая, что ОС Linux уберет файлы в ходе завершения процесса.

В большинстве программ, читающих данные из стандартного ввода, это делается несколько иначе, чем в виденных вами до сих пор примерах. Обычно программы не знают, сколько данных они должны считать, поэтому они, как правило, выполняют цикл — чтение данных, их обработка и затем снова чтение данных и так до тех пор, пока не останется данных для чтения.

Вызов read обычно будет задерживать выполнение процесса, т.е. он заставит процесс ждать до тех пор, пока не появятся данные. Если другой конец канала был закрыт, следовательно, нет ни одного процесса, имеющего канал для записи, и вызов read блокируется. Поскольку это не очень полезно, вызов read, пытающийся читать из канала, не открытого для записи, возвращает 0 вместо блокирования. Это позволит читающему процессу обнаружить канальный эквивалент метки "конец файла" и действовать соответствующим образом. Учтите, что это не то же самое, что чтение некорректного дескриптора файла, которое вызов read считает ошибкой и обозначает возвратом -1.

Если вы применяете канал с вызовом fork, есть два файловых дескриптора, которые можно использовать для записи в канал: один в родительском, а другой в дочернем процессах. Вы должны закрыть файловые дескрипторы записи в канал в обоих этих процессах, прежде чем канал будет считаться закрытым и вызов read для чтения из канала завершится аварийно. Мы рассмотрим пример этого позже, когда вернемся к данной теме, для того чтобы подробно обсудить флаг O_NONBLOCK и каналы FIFO.

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.

Примечание

Того же эффекта, что и применение вызовов dup и dup2 можно добиться, применяя более общий вызов fcntl с командой F_DUPFD. Как говорилось, вызов dup легче использовать, поскольку он разработан специально для создания дубликатов файловых дескрипторов. Он также очень широко применяется, поэтому вы встретите его гораздо чаще в существующих программах, чем вызов fcntl и команду F_DUPFD.

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.

Управление файловым дескриптором с помощью close и dup

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

Номер файлового дескриптора Первоначально После закрытия файлового дескриптора 0 После вызова dup 0 Стандартный ввод {closed} Файловый дескриптор канала 1 Стандартный вывод Стандартный вывод Стандартный вывод 2 Стандартный поток ошибок Стандартный поток ошибок Стандартный поток ошибок 3 Файловый дескриптор канала Файловый дескриптор канала Файловый дескриптор канала

А теперь выполните упражнение 13.8.

Упражнение 13.3. Каналы и dup

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.