【linux】dup文件描述符复制函数和管道详解

最新推荐文章于 2025-04-08 22:44:43 发布

寒晓星

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分类专栏： linux高级程序设计文章标签：服务器运维

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4、无名管道ps -A | grep bash实现

一、文件描述符复制

让新的文件描述符指向旧的文件描述符。（新旧文件描述符指向同一个文件）使用的函数dup、dup2。

1、dup函数（复制文件描述符）

#include<unistd.h>

int dup(int oldfd);

dup函数的功能：从系统中寻找最小可用的文件描述符作为oldfd的副本。新文件描述符通过dup的返回值返回。

2、dup2函数（复制文件描述符）

#include<unistd.h>

int dup2(int oldfd, int newfd);

dup2的功能：将newfd作为oldfd的副本。如果newfd事先存在 dup2会先close(newfd)，然后将newfd作为oldfd的副本。

二、无名管道pipe

1、概述

管道(pipe)又称无名管道。无名管道是一种特殊类型的文件，在应用层体现为两个打开的文件描述符（读端和写端）。

管道的特点：

半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
数据只能从管道的一端写入，从另一端读出。
写入管道中的数据遵循先入先出的规则。
管道所传送的数据是无格式的，这要求管道的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式，如多少字节算一个消息等。
管道不是普通的文件，不属于某个文件系统，其只存在于内存中。
管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。
从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走，它就从管道中被抛弃，释放空间以便写更多的数据。
管道没有名字，只能在具有公共祖先的进程之间使用

2、无名管道的创建

#include<unistd.h>

int pipe(int filedes[2]);

功能：经由参数filedes返回两个文件描述符

参数： filedes为int型数组的首地址，其存放了管道的文件描述符fd[0]、fd[1]。 filedes[0]为读而打开，filedes[1]为写而打开管道，filedes[0]的输出是filedes[1]的输入。

返回值：成功：返回 0 失败：返回-1

注意：在使用无名管道的时候必须事先确定，谁发，谁收的问题。一旦确定不可更改。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    //创建一个无名管道
    int fd[2];
    pipe(fd);
    //创建一个子进程
    //父进程发 子进程收
    pid_t pid=fork();
    if(pid==0)//子进程
    {
        //子进程的写端无意义（可以事先关闭）
        close(fd[1]);
        //子进程接收父进程消息
        unsigned char buf[128]="";
        printf("子进程%d正在等待父进程的消息\n", getpid());
        read(fd[0],buf,sizeof(buf));
        printf("子进程%d读到的消息为:%s\n", getpid(), buf);
        //子进程读完数据 应该关闭读端
        close(fd[0]);
        //显示退出
        _exit(-1);
    }
    if(pid>0) //父进程
    {
        //父进程的读端无意义（可以事先关闭）
        close(fd[0]);
        //写端写入数据
        printf("3秒后父进程%d写入数据hello pipe\n",getpid());
        sleep(3);
        write(fd[1],"hello pipe",strlen("hello pipe"));
        printf("父进程:%d完成写入\n", getpid());
        //通信完成 应该关闭写端
        close(fd[0]);
        //等待子进程退出
        wait(NULL);
    }
    return 0;
}

3、无名管道读写的特点

1、默认用read函数从管道中读数据是阻塞的。

2、调用write函数向管道里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞。

3、通信过程中，读端口全部关闭后，写进程向管道内写数据时，写进程会（收到SIGPIPE信号）退出。

4、无名管道ps -A | grep bash实现

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    //创建一个无名管道
    int fd[2];
    pipe(fd);
    //创建两个子进程
    int i=0; 
    for(i=0;i<2;i++)
    {
        pid_t pid=fork();
        if(pid==0)
            break;//防止子进程继续创建子进程
    }
    if(i==0)//子进程1
    {
        //ps ‐A 写端
        close(fd[0]);
        //1作为fd[1]的副本
        dup2(fd[1],1);
        //执行ps ‐A
        execlp("ps","ps","-A",NULL);
        _exit(-1);
    }
    else if(i==1)//子进程2
    {
        //grep bash 读端
        close(fd[1]);
        //0作为fd[0]的副本
        dup2(fd[0],0);
        //执行grep bash
        execlp("grep","grep","bash",NULL);
    }
    if(i==2) //父进程
    {
        //关闭管道读写端
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
        while(1)
        {
            pid_t pid=waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
            if(pid>0)
                printf("子进程%d退出了\n", pid);
            else if(pid==0)
                continue;
            else if(pid<0)
                break;
        }
    }
    return 0;
}

三、有名管道FIFO（命名管道）

1、概述

主要用于没有血缘关系的进程间通信。

特点:

半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
写入FIFO中的数据遵循先入先出的规则。
FIFO所传送的数据是无格式的，这要求FIFO的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式，如多少字节算一个消息等。
FIFO在文件系统中作为一个特殊的文件而存在，但FIFO中的内容却存放在内存中。
管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。
从FIFO读数据是一次性操作，数据一旦被读，它就从FIFO中被抛弃，释放空间以便写更多的数据。
当使用FIFO的进程退出后，FIFO文件将继续保存在文件系统中以便以后使用。
FIFO有名字，不相关的进程可以通过打开命名管道进行通信(重要）

2、创建有名管道 mkfifo

FIFO文件的创建

#include<sys/type.h>

#include<sys/stat.h>

int mkfifo( const char *pathname, mode_t mode);

参数：

pathname：FIFO的路径名+文件名。

mode：mode_t类型的权限描述符。

返回值：成功：返回 0 失败：如果文件已经存在，则会出错且返回-1

fifo_write.c:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
    //创建有名管道(确保两个进程识别相同目录)
    mkfifo("my_fifo",0666);
    //open以写的方式的打开 有名管道(阻塞 到 对方 以读的方式打开)
    int fp=open("my_fifo",O_WRONLY);
    if(fp<0)
    {
        perror("open");
        return 0;
    }
    printf("写端open成功\n");
    while(1)
    {
        //获取键盘输入
        unsigned char buf[128]="";
        printf("请输入需要发送的数据:");
        fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
        buf[strlen(buf)-1]=0;
        //发送数据
        write(fp,buf,sizeof(buf));
        //退出循环
        if(strcmp(buf,"Bye")==0)
            break;
    }
    close(fp);
}

fifo.read.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
    //创建有名管道(确保两个进程识别相同目录)
    mkfifo("my_fifo",0666);
    //open以读的方式的打开 有名管道(阻塞 到 对方 以写的方式打开)
    int fp=open("my_fifo",O_RDONLY);
    if(fp<0)
    {
        perror("open");
        return 0;
    }
    printf("读端open成功\n");
    //循环的读取数据
    while(1)
    {
        //接收数据
        unsigned char buf[128]="";
        read(fp,buf,sizeof(buf));
        printf("收到数据:%s\n", buf);
        //退出循环
        if(strcmp(buf,"Bye")==0)
            break;
    }
    close(fp);
}

3、有名管道读写的特点

阻塞方式打开管道：

1、open以只读方式打开FIFO时，要阻塞到某个进程为写而打开此FIFO

2、open以只写方式打开FIFO时，要阻塞到某个进程为读而打开此FIFO。

3、open以只读、只写方式打开FIFO时会阻塞，调用read函数从FIFO里读数据时read也会阻塞。

4、通信过程中若写进程先退出了，则调用read函数从FIFO里读数据时不阻塞；若写进程又重新运行，则调用read函数从FIFO里读数据时又恢复阻塞。

5、通信过程中，读进程退出后，写进程向命名管道内写数据时，写进程也会（收到 SIGPIPE信号）退出。

6、调用write函数向FIFO里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞。

非阻塞方式打开管道：

1、先以只读方式打开：如果没有进程已经为写而打开一个FIFO, 只读open成功，并且 open不阻塞。

2、先以只写方式打开：如果没有进程已经为读而打开一个FIFO，只写open 将出错返回-1。

3、read、write读写命名管道中读数据时不阻塞。

4、通信过程中，读进程退出后，写进程向命名管道内写数据时，写进程也会（收到 SIGPIPE信号）退出。

注意： open函数以可读可写方式打开FIFO文件时的特点：

        1、open不阻塞。

        2、调用read函数从FIFO里读数据时read会阻塞。

        3、调用write函数向FIFO里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞