c - C中多个管道的实现

Question

我正在尝试在 C 的 shell 中实现多个管道。我找到了关于这个的教程 website我做的功能是基于这个例子。这是函数

void executePipes(cmdLine* command, char* userInput) {
    int numPipes = 2 * countPipes(userInput);
    int status;
    int i = 0, j = 0;
    int pipefds[numPipes];

    for(i = 0; i < (numPipes); i += 2)
        pipe(pipefds + i);

    while(command != NULL) {
        if(fork() == 0){

            if(j != 0){
                dup2(pipefds[j - 2], 0);
            }

            if(command->next != NULL){
                dup2(pipefds[j + 1], 1);
            }    

            for(i = 0; i < (numPipes); i++){
                close(pipefds[i]);
            }
            if( execvp(*command->arguments, command->arguments) < 0 ){
                perror(*command->arguments);
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
        }

        else{
                if(command != NULL)
                    command = command->next;

                j += 2;
                for(i = 0; i < (numPipes ); i++){
                   close(pipefds[i]);
                }
               while(waitpid(0,0,0) < 0);
        }
    }

}

执行它并输入命令后 ls | grep bin，shell 就卡在那里，不输出任何结果。我确定我关闭了所有管道。但它只是卡在那里。我认为问题出在 waitpid 上。我删除了 waitpid 并且在执行后我没有得到任何结果。我做错了什么？谢谢。

添加代码:

void runPipedCommands(cmdLine* command, char* userInput) {
    int numPipes = countPipes(userInput);

    int status;
    int i = 0, j = 0;

    pid_t pid;

    int pipefds[2*numPipes];

    for(i = 0; i < 2*(numPipes); i++){
        if(pipe(pipefds + i*2) < 0) {
            perror("pipe");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }

    while(command) {
        pid = fork();
        if(pid == 0) {

            //if not first command
            if(j != 0){
                if(dup2(pipefds[(j-1) * 2], 0) < 0){
                    perror(" dup2");///j-2 0 j+1 1
                    exit(EXIT_FAILURE);
                    //printf("j != 0  dup(pipefd[%d], 0])\n", j-2);
                }
            //if not last command
            if(command->next){
                if(dup2(pipefds[j * 2 + 1], 1) < 0){
                    perror("dup2");
                    exit(EXIT_FAILURE);
                }
            }

            for(i = 0; i < 2*numPipes; i++){
                    close(pipefds[i]);
            }

            if( execvp(*command->arguments, command->arguments) < 0 ){
                    perror(*command->arguments);
                    exit(EXIT_FAILURE);
            }
        } else if(pid < 0){
            perror("error");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        command = command->next;
        j++;
    }
        for(i = 0; i < 2 * numPipes; i++){
            close(pipefds[i]);
            puts("closed pipe in parent");
        }

        while(waitpid(0,0,0) <= 0);

    }

}

Answer 1

我认为这里的问题是您在创建子项的同一个循环中等待和关闭。在第一次迭代中，子进程将执行(这将破坏子程序，用你的第一个命令覆盖它)然后父进程关闭它的所有文件描述符并等待子进程完成，然后再迭代创建下一个子进程.那时，由于父级已关闭其所有管道，因此任何其他子级都将无法写入或读取。由于您没有检查 dup2 调用是否成功，因此不会引起注意。

如果你想保持相同的循环结构，你需要确保父级只关闭已经使用过的文件描述符，而留下那些没有单独使用的文件描述符。然后，在创建所有子项后，您的父级可以等待。

编辑:我在回答中混淆了父/子，但推理仍然成立:继续 fork 的进程再次关闭其所有管道副本，因此之后的任何进程第一个 fork 将没有有效的文件描述符来读取/写入。

伪代码，使用预先创建的管道数组:

/* parent creates all needed pipes at the start */
for( i = 0; i < num-pipes; i++ ){
    if( pipe(pipefds + i*2) < 0 ){
        perror and exit
    }
}

commandc = 0
while( command ){
    pid = fork()
    if( pid == 0 ){
        /* child gets input from the previous command,
            if it's not the first command */
        if( not first command ){
            if( dup2(pipefds[(commandc-1)*2], 0) < ){
                perror and exit
            }
        }
        /* child outputs to next command, if it's not
            the last command */
        if( not last command ){
            if( dup2(pipefds[commandc*2+1], 1) < 0 ){
                perror and exit
            }
        }
        close all pipe-fds
        execvp
        perror and exit
    } else if( pid < 0 ){
        perror and exit
    }
    cmd = cmd->next
    commandc++
}

/* parent closes all of its copies at the end */
for( i = 0; i < 2 * num-pipes; i++ ){
    close( pipefds[i] );
}

在此代码中，原始父进程为每个命令创建一个子进程，因此在整个考验中幸存下来。 children 检查是否应该从上一个命令中获取输入，以及是否应该将输出发送到下一个命令。然后他们关闭管道文件描述符的所有副本，然后执行。在为每个命令创建一个子命令之前，父命令除了 fork 什么都不做。然后它会关闭其所有描述符副本并继续等待。

首先创建您需要的所有管道，然后在循环中管理它们，这很棘手并且需要一些数组运算。不过，目标看起来像这样:

cmd0    cmd1   cmd2   cmd3   cmd4
   pipe0   pipe1  pipe2  pipe3
   [0,1]   [2,3]  [4,5]  [6,7]

认识到，在任何给定时间，您只需要两组管道(前一个命令的管道和下一个命令的管道)将简化您的代码并使其更加健壮。 Ephemient 给出了伪代码 here .他的代码更简洁，因为父子不必进行不必要的循环来关闭不需要的文件描述符，而且父代可以在 fork 后立即轻松关闭文件描述符的副本。

附带说明:您应该始终检查 pipe、dup2、fork 和 exec 的返回值。

编辑 2:伪代码中的拼写错误。 OP:num-pipes 将是管道的数量。例如，“ls | grep foo | sort -r”将有 2 个管道。