Основы программирования в Linux

Что такое канал?

Мы применяем термин "канал" для обозначения соединения потока данных одного процесса с другим. Обычно вы присоединяете или связываете каналом вывод одного процесса с вводом другого.

Большинство пользователей Linux уже знакомы с идеей конвейера, связывающего вместе команды оболочки так, что вывод одного процесса поставляет данные прямо во ввод другого. В случае команд оболочки это делается с помощью символа конвейера или канала, соединяющего команды следующим образом:

 cmd1 | cmd2

Командная оболочка организует стандартный ввод и вывод двух команд так, что:

 стандартный ввод cmd1 поступает с клавиатуры терминала;

 стандартный вывод cmd1 поставляется cmd2 как ее стандартный ввод;

 стандартный вывод cmd2 подсоединен к экрану терминала.

На самом деле командная оболочка заново соединила потоки стандартных ввода и вывода так, что потоки данных проходят с клавиатурного ввода через две команды и выводятся на экран. На рис. 13.1 приведено визуальное представление этого процесса.

Рис. 13.1 

В этой главе вы увидите, как достичь этого эффекта в программе и как можно использовать каналы для связи многих процессов, что позволит создать простую клиент-серверную систему.

Каналы процессов

Возможно, простейший способ передачи данных между программами — применение функций popen и pclose. У них следующие прототипы:

  #include <stdio.h>
  FILE *popen(const char *command, const char *open_mode);
  int pclose(FILE *stream_to_close);

popen

Функция popen позволяет программе запустить другую программу как новый процесс и либо передать ей данные, либо получить их из нее. Строка command — это имя программы для выполнения вместе с любыми параметрами, параметр open_mode должен быть "r" или "w".

Если open_mode — "r", вывод вызванной программы становится доступен вызывающей программе и может быть считан из возвращаемого функцией popen файлового потока FILE* с помощью обычных функций библиотеки stdio, предназначенных для чтения (например, fread). Но если open_mode — "w", программа может отправить данные вызванной команде с помощью вызова функции fwrite. Далее вызванная программа сможет читать данные из своего стандартного ввода. Обычно вызванная программа не знает, что она считывает данные из другого процесса; она просто читает свой поток стандартного ввода и воздействует на него.

Вызов функции popen должен задавать "r" или "w"; никакого другого значения стандартной реализацией popen не поддерживается. Это означает, что вы не можете вызвать другую программу и одновременно читать из нее и писать в нее. В случае сбоя popen возвращает пустой указатель. Если вы хотите создать двунаправленную связь с помощью каналов, стандартное решение — применить два канала: по одному для потока данных каждого направления.

pclose

Когда процесс, стартовавший с помощью popen, закончится, вы можете закрыть файловый поток, связанный с ним, с помощью функции pclose. Вызов pclose вернет управление, только когда процесс, запущенный с помощью popen, завершится. Если он все еще выполняется во время вызова pclose, вызов pclose будет ждать окончания процесса.

Функция pclose обычно возвращает код завершения процесса, чей файловый поток она закрывает. Если вызывающий процесс уже выполнил оператор wait перед вызовом pclose, статус завершения будет потерян, поскольку вызванный процесс закончен, и функция pclose вернет -1 с переменной errno, получившей значение ECHILD.

Выполните упражнение 13.1.

Упражнение 13.1. Чтение вывода внешней программы

Давайте опробуем простой пример popen1.c с функциями popen и pclose. Вы будете применять в программе popen для доступа к информации из uname. uname — это команда, выводящая системную информацию, включая тип компьютера, имя ОС, версию и выпуск, а также сетевое имя машины.

Запустив программу, вы откроете канал к uname; сделаете его читаемым и зададите read_fp, как указатель на вывод. В конце канал, на который указывает read_fp, закрывается.

 #include <unistd.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <stdio.h>
 #include <string.h>

 int main {
  FILE *read_fp;
  char buffer[BUFSIZ +1];
  int chars_read;
  memset(buffer, '\0', sizeof(buffer));
  read_fp = popen("uname -a", "r");
  if (read_fp ! = NULL) {
  chars_read = fread(buffer, sizeof(char), BUFSIZ, read_fp);
  if (chars_read > 0) {
  printf("Output was:-\n%s\n", buffer);
  }
  pclose(read_fp);
  exit(EXIT_SUCCESS);
  }
  exit(EXIT_FAILURE);
 }

Когда вы выполните программу, то должны получить вывод, похожий на следующий (полученный на одной из машин авторов):

 $ ./popen1
 Output was:-
 Linux suse103 2.6.20.2-2-default #1 SMP Fri Mar 9 21:54:10 UTC 2001 i686 i686 i386 GNU/Linux

Как это работает

Программа применяет функцию popen для вызова команды uname с параметром – а. Затем она использует возвращенный файловый поток для чтения данных, до BUFSIZ символов (как задано в директиве #define из файла stdio.h), и затем выводит их на экран. Поскольку вы перехватываете вывод команды uname внутри программы, его можно обрабатывать.

Отправка вывода в popen

Теперь, когда вы рассмотрели пример захвата вывода из внешней программы, давайте познакомимся с отправкой вывода во внешнюю программу. В упражнении 13.2 показана программа popen2.c, передающая по каналу данные другой программе. В этом примере будет использована команда od (от англ. octal dump — восьмеричный дамп).

Упражнение 13.2. Пересылка вывода в другую программу