c - execve 和管道问题 - 如何恢复原始管道？

Question

我一直在制作执行管道的简单 shell。

这里是一些操作管道语法的代码。

int fd[2];
int stdin_copy;
int stdout_copy;

int status;
char * msg;

if (pipe(fd) == -1) {
    perror("pipe");
    exit(1);
}
// fd[0] : process read from fd[0]
// fd[1] : process write to fd[1]

if (execok(pr_words) == 0) { /* is it executable? */
    status = fork(); /* yes; create a new process */

    if (status == -1) { /* verify fork succeeded */
        perror("fork");
        exit(1);
    } else if (status == 0) { /* in the child process... */
        stdout_copy = dup(1);

        close(1); // close standard output        
        dup(fd[1]);
        close(fd[0]);
        close(fd[1]); // close and fd[1] will be stdout 
        pr_words[l_nwds] = NULL; /* mark end of argument array */

        status = execve(path, pr_words, environ); /* try to execute it */

        perror("execve"); /* we only get here if */
        exit(0); /* execve failed... */
    }
    /*------------------------------------------------*/
    /* The parent process (the shell) continues here. */
    /*------------------------------------------------*/
    else if (status > 0) { // in the parent process....
        wait( & status); /* wait for process to end */

        if (execok(af_words) == 0) {
            if (pipe(fd2) == -1) {
                perror("pipe");
                exit(1);
            }

            status = fork();

            if (status == -1) {
                perror("fork");
                exit(1);
            } else if (status == 0) { // in the child process...
                stdin_copy = dup(0);
                close(0);
                dup(fd[0]);

                close(fd[1]);
                close(fd[0]);

                read(fd[0], readbuffer, sizeof(readbuffer));

                af_words[r_nwds] = NULL; /* mark end of argument array */
                status = execve(path, af_words, environ); /* try to execute it */

            } else if (status > 0) {
                wait( & status);

                msg = "over";
                write(2, msg, strlen(msg));
                close(fd[0]);
                close(fd[1]);
                dup2(stdin_copy, 0);
                dup2(stdout_copy, 1);
                close(stdin_copy);
                close(stdout_copy);
                printf("%s", "hi");
            }
        } else {
            /*----------------------------------------------------------*/
            /* Command cannot be executed. Display appropriate message. */
            /*----------------------------------------------------------*/
            msg = "*** ERROR: '";
            write(2, msg, strlen(msg));
            write(2, af_words[0], strlen(af_words[0]));
            msg = "' cannot be executed.\n";
            write(2, msg, strlen(msg));
        }

    }

} else {
    /*----------------------------------------------------------*/
    /* Command cannot be executed. Display appropriate message. */
    /*----------------------------------------------------------*/
    msg = "*** ERROR: '";
    write(2, msg, strlen(msg));
    write(2, pr_words[0], strlen(pr_words[0]));
    msg = "' cannot be executed.\n";
    write(2, msg, strlen(msg));
}

pr_words 和af_words 是二维指针，包含command、pipe 的右侧和左侧。 (例如 ls | cat -> pr_words = "ls\0", af_words = "cat\0")

然后，首先我使用 fork() 创建子进程并为标准输出注册 fd[1]。 (并在关闭 stdin 之前保存 stdin 文件描述符)并在执行命令的左侧后，让其他子进程处理命令的右侧。

同样，我在关闭 stdout 之前保存了 stdout 文件描述符，并使 fd[0] 成为标准输入。通过使用 execve 函数的第一个结果的输入，我认为每个结果都会保存在 fd[1] 中。 (因为这当前已注册为标准输出)。

最后，将管道输入和输出恢复为标准输出。 (我不想使用 dup2，但由于缺乏知识，我别无选择)

但是，在执行这段代码时，在我输入 'ls | cat'，没有输出。此外，我设置终端的每个条目都将打印“#”。 (这意味着 '# ls' 或 '# cat' ...)但是，在输入上面的管道命令后，该程序甚至不打印 '#'。

我猜这个程序的输入和输出流在处理管道命令后完全扭曲了。

我该如何解决？我的意思是，我想将第一个 execve 的结果保存到 fd[1] 中，在使用这个 fd[1] 执行第二个 execve 之后，最终结果将通过 stdout 文件描述打印。

Answer 1

我至少看到您的代码存在一些问题:

首先，您不应该在开始第二个进程之前在第一个进程上等待()。管道中只有几 KB 的缓冲区，之后如果第一个子进程试图继续在那里写入，您的 shell 将挂起。在为每个 child 等待()之前，您需要启动两个 child 。只需将第一个 wait(&status) 调用向下移动到另一个调用旁边。您可能希望稍后使用 waitpid 或其他东西，以便您知道哪个先完成以及哪个状态转到哪个，但是一旦您掌握了基础知识，您就可以解决这个问题。

其次，当您 fork() 时，程序中的所有变量和文件描述符映射都会被复制。因此，您不需要在任何一个子进程中保存 stdin 或 stdout，因为您在子进程中所做的任何更改都不会影响父进程。此外，因为您只在子进程中初始化 stdin_copy 和 stdout_copy，所以在第二个 fork() 之后您在父进程中使用的那些变量的版本是未初始化的。这就是执行此代码后导致父 shell 的 I/O 困惑的原因。在第二次 fork 以维护原始标准输入和标准输出后，您实际上不需要在父级中做任何事情——在那之前，您永远不会在该过程中更改它们。您可能想从 post-fork 父代码中删除所有这些:

            close(fd[0]);
            close(fd[1]);
            dup2(stdin_copy, 0);
            dup2(stdout_copy, 1);
            close(stdin_copy);
            close(stdout_copy);

第三，为什么你在调用第二个 child 的 execve() 之前从管道读取数据？这只会从您的 exec'd child 永远不会看到的管道中删除数据。这可能是导致管道本身似乎不起作用的原因。你可能想删除这个:

read(fd[0], readbuffer, sizeof(readbuffer));    

最后，这一行可能需要在 execok() 调用之前进行(对于另一个类似的调用也是如此):

pr_words[l_nwds] = NULL; /* mark end of argument array */

代码的框架应该是这样的，省略了错误处理和 execok 检查，并演示了 waitpid() 的使用，如果你想知道哪个状态代码是给哪个 child 的话:

int child_pid[2];
child_pid[0] = fork();
if (child_pid[0] == 0) {
    // first child, close stdout and replace with pipe, then exec
} else {
    child_pid[1] = fork();
    if (child_pid[1] == 0) {
        // second child, close stdin and replace with pipe, then exec
    } else {
        // parent, and now we have the pids of the children
        waitpid(child_pid[0], &status, 0); // wait for first child
        waitpid(child_pid[1], &status, 0); // wait for second child
        // *do not* mess with stdin/stdout, they are okay here
    }
}