Основы программирования в Linux

Итак, как же dup помогает в обмене данными между процессами? Хитрость кроется в знании того, что дескриптор стандартного файла ввода всегда 0 и что dup всегда возвращает новый файловый дескриптор, применяя наименьший доступный номер. Сначала закрыв дескриптор 0, а затем вызвав dup, вы получите новый файловый дескриптор с номером 0. Поскольку новый файловый дескриптор — это дубликат существующего, стандартный ввод изменится и получит доступ к файлу или каналу, файловый дескриптор которого вы передали в функцию dup. В результате вы создадите два файловых дескриптора, которые ссылаются на один и тот же файл или канал и один из них будет стандартным вводом.

Управление файловым дескриптором с помощью close и dup

Легче всего понять, что происходит, когда вы закрываете файловый дескриптор 0 и затем вызываете dup, если рассмотреть состояние первых четырех файловых дескрипторов, изменяющихся последовательно друг за другом (табл. 13.1).

Таблица 13.1

Номер файлового дескриптора	Первоначально	После закрытия файлового дескриптора 0	После вызова dup
0	Стандартный ввод	{closed}	Файловый дескриптор канала
1	Стандартный вывод	Стандартный вывод	Стандартный вывод
2	Стандартный поток ошибок	Стандартный поток ошибок	Стандартный поток ошибок
3	Файловый дескриптор канала	Файловый дескриптор канала	Файловый дескриптор канала

А теперь выполните упражнение 13.8.

Упражнение 13.3. Каналы и dup

Давайте вернемся к предыдущему примеру, но на этот раз вы измените дочернюю программу, заменив в ней файловый дескриптор stdin концом считывания read созданного вами канала. Вы также выполните некоторую реорганизацию файловых дескрипторов, чтобы дочерняя программа могла правильно определить конец данных в канале. Как обычно, мы пропустили некоторые проверки ошибок для краткости.

Превратите программу pipe3.c в pipe5.c с помощью следующего программного кода:

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

 int main {
  int data_processed;
  int file pipes[2];
  const char some_data[] = "123";
  pid_t fork_result;
  if (pipe(file_pipes) == 0) {
  fork_result = fork;
  if (fork_result == (pid_t)-1) {
  fprintf(stderr, "Fork failure");
  exit(EXIT_FAILURE);
  }
  if (fork_result == (pid_t)0) {
   close(0);
   dup(file_pipes[0];
   close(file_pipes[0]);
   close(file_pipes[1]);
   execlp("od", "od", "-c", (char*)0);
  exit(EXIT_FAILURE);
  } else {
   close(file_pipes[0]);
  data_processed = write(file_pipes[1], some_data,
  strlen(some_data));
  close(file_pipes[1]);
  printf("%d — wrote %d bytes\n", (int)getpid, data_processed);
  }
  }
  exit(EXIT_SUCCESS);
 }

У этой программы следующий вывод:

 $ ./pipe5
 22495 - wrote 3 bytes
 0000000 1 2 3
 0000003

Как это работает

Как и прежде, программа создает канал, затем выполняет вызов fork, создавая дочерний процесс. В этот моменту обоих процессов, родительского и дочернего, есть файловые дескрипторы для доступа к каналу, по одному для чтения и записи, т.е. всего четыре открытых файловых дескриптора.

Давайте первым рассмотрим дочерний процесс. Он закрывает свой стандартный ввод с помощью close(0) и затем вызывает dup(file_pipes[0]). Этот вызов дублирует файловый дескриптор, связанный с концом read канала, как файловый дескриптор 0, стандартный ввод. Далее дочерний процесс закрывает исходный файловый дескриптор для чтения из канала, file_pipes[0]. Поскольку этот процесс никогда не будет писать в канал, он также закрывает файловый дескриптор для записи в канал, file_pipes[1]. Теперь у дочернего процесса единственный файловый дескриптор, связанный с каналом, файловый дескриптор 0, его стандартный ввод.

Далее дочерний процесс может применить exec для вызова любой программы, которая читает стандартный ввод. В данном случае мы используем команду od. Команда od будет ждать, когда данные станут ей доступны, как если бы она ждала ввода с терминала пользователя. В действительности без специального программного кода, позволяющего непосредственно выяснить разницу, она не будет знать, что ввод приходит из канала, а не с терминала.

Родительский процесс начинает с закрытия конца чтения канала, file_pipes[0], потому что он никогда не будет читать из канала. Затем он пишет данные в канал. Когда все данные записаны, родительский процесс закрывает конец записи в канал и завершается. Поскольку теперь нет файловых дескрипторов, открытых для записи в канал, программа od сможет считать три байта, записанных в канал, но последующие операции чтения далее будут возвращать 0 байтов, указывая на конец файла. Когда read вернет 0, программа od завершится. Это аналогично выполнению команды od, введенной с терминала, и последующему нажатию комбинации клавиш <Ctrl>+<D> для отправки признака конца файла команде od.

На рис. 13.3 показан результат вызова pipe, на рис. 13.4 — результат вызова fork, а на рис. 13.5 представлена программа, когда она готова к передаче данных.

Рис. 13.3

Рис. 13.4

Рис. 13.5

Именованные каналы: FIFO

До сих пор вы могли передавать данные только между связанными программами, т.е. программами, которые стартовали из общего процесса-предка. Часто это очень неудобно, хотелось бы, чтобы и у несвязанных процессов была возможность обмениваться данными.

Вы можете сделать это с помощью каналов FIFO, часто называемых именованными каналами. Именованный канал — это файл специального типа (помните, что в ОС Linux все, что угодно, — файл!), существующий в виде имени в файловой системе, но ведущий себя как неименованные каналы, которые вы уже встречали.