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外壳。

下面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 是包含命令的二维指针，管道的右侧和左侧。 （例如 ls | cat -> pr_words = "ls\\0" , af_words = "cat\\0"）

并且，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）并在执行左侧命令后，创建其他子进程来处理右侧命令。

同样，我在关闭 stdout 之前保存了 stdout 文件描述符并制作了 fd[0] 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 std 输出）。

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

但是，在执行这段代码后，我输入了'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 后，make 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，在开始第二个进程之前，您不应该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尝试继续在那里写入，您的 shell 将挂起。 您需要在为每个孩子等待（）之前启动两个孩子。 只需将第一个 wait(&status) 调用移到另一个旁边。 您可能想稍后使用 waitpid 或其他东西，以便您知道哪个先完成以及哪个状态进入哪个状态，但是一旦您掌握了基础知识，就可以解决这个问题。

其次，当你 fork() 时，你程序中的所有变量和文件描述符映射都会被复制。 因此，您无需在任一子进程中保存 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，所以您在第二个 fork() 之后在父进程中使用的那些变量的版本未初始化。 这就是在执行此代码后导致父 shell 的 I/O 混乱的原因。 在第二次分叉以在那里维护原始标准输入和标准输出之后，您实际上不需要在父级中执行任何操作——在那之前您永远不会在该过程中更改它们。 您可能希望从 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，为什么在第二个孩子中调用 execve() 之前从管道中读取？ 这只是将数据从管道中剥离出来，而您的孩子永远不会看到这些数据。 这可能是导致管道本身无法正常工作的原因。 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 */

代码的框架应该看起来像这样，省略错误处理和 execok 检查，如果你想知道哪个状态代码是哪个孩子的，那么演示 waitpid() 的使用：

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
    }
}