popen和system函数的区别 以及 popen打开的FILE指针能否用close替代fclose关闭

popen和system函数的区别

在c/cpp程序中执行shell命令，通常有两种方式，一种是使用popen函数，一种是使用system函数；两者会调用fork函数从父进程中fork出一个子进程，然后在子进程中执行shell命令，其主要的区别如下：

• popen
  popen会先fork一个子进程，然后子进程去执行shell命令，函数同时返回一个FILE指针给调用者，调用者可以根据FILE指针来获取函数的执行结果。popen是非阻塞的，即执行后可立即返回。
• system
  system会fork一个子进程，然后父进程等待子进程结束，也就是执行system函数是阻塞的，如果调用 system("sleep 1")，将会延迟1s再执行system后面的代码。

popen打开的FILE句柄能否用close替代fclose关闭？

急的话直接看答案就行：不行，会有一些副作用

实际中遇到的问题

最近遇到一个这样的问题：
场景：为了完成相关功能，需要在程序调用shell命令，用到了popen；为了支持多个命令并发，
在获取shell命令的结果时使用reactor模式（借助了epoll的多路复用能力，epoll监听对应的fd是否有事件过来），以提升处理效率。其伪代码大概如下：

//注册信号处理函数，防止产生僵死进程
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

//将popen打开的文件描述符加入epoll
FILE * file = popen("shell cmd", "r"); //这边shell cmd为具体的shell脚本
//将FILE转int，然后加入到epoll中
int fd = fileno(file);
//将描述符设置为非阻塞模式
set_no_block(fd);
struct epoll_event event;
event.events = EPOLLIN | EPOLL UT;
event.data = ...; //epoll保存的data
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd，&event);

在epoll主循环中，

int num = epoll_wait(timeout);
for(int i = 0; i < num; i++)
{
	//处理epoll事件
	processEvent(...)
}

其中processEvent的大体逻辑如下：

void processEvent(struct epoll_event* event)
{
	//事件处理，比如读取结果等

    //收尾工作，如删除epoll监听的fd，关闭文件描述符
    ...
    close(fd); //这边fd为第一部分添加尽量的描述符fd，可以从event中获取
}

功能开发完成后，自测ok，然后就放着让他跑，看看稳定性。这时程序的cpu使用率有时会飙升，外部程序调用该服务存在间断性的失败。这时用top或者ps看一下进程，会发现有时候出现多个此进程的子进程；且从失败的时间点看，周期和popen执行的周期基本能对上。由于子进程是fork出来的，popen内部调用了fork，就怀疑是popen带来的问题。
排查程序发现可能是使用close替代pclose来关闭用popen打开的描述符导致的问题，然后改了下代码后，发现该问题消失。

demo测试分析

为了对比使用close和fclose关闭popen打开的描述符的差别，这边进行了下面的实验，测试代码如下：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
        signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
        while(1)
        {
        char szCommand[128] = {0};
        snprintf(szCommand, sizeof(szCommand) - 1, "cat testfile"); //这边testfile为一个文本文件
        FILE* fp = popen(szCommand, "r");
        if(NULL == fp)
        {
                std::cout << "popen failed" << endl;
        }
        usleep(1000);
        
        //1
        int fd = fileno(fp);
        close(fd);
        
        //2
        //fclose(fp);
        }
        return 0;

}

分别使用close和fclose，编译出两个testpopen文件，然后运行，过一阵后，使用close关闭的程序表现如下：

使用pclose关闭的效果如下：

通过对比，看出了差异，如果通过close来关闭popen打开的FILE描述符的话，有些负面的作用【cpu高了，且有部分内存泄露】。

查了下pclose和close的差异，pclose除了会关闭文件描述符之外，还具有pclose会调用waitpid为popen时fork的子进程收尸，而fclose不会；另外pclose还具有在关闭文件时冲刷缓冲区的功能。