在C中遇到fork（），pipe（），dup2（）和exec（）時遇到問題

Question

這是我的代碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
#include <readline/readline.h>

#define NUMPIPES 2

int main(int argc, char *argv[]) {
    char *bBuffer, *sPtr, *aPtr = NULL, *pipeComms[NUMPIPES], *cmdArgs[10];
    int fdPipe[2], pCount, aCount, i, status, lPids[NUMPIPES];
    pid_t pid;

    pipe(fdPipe);

    while(1) {
        bBuffer = readline("Shell> ");

        if(!strcasecmp(bBuffer, "exit")) {
            return 0;
        }

        sPtr = bBuffer;
        pCount = -1;

        do {
            aPtr = strsep(&sPtr, "|");
            pipeComms[++pCount] = aPtr;
        } while(aPtr);

        for(i = 0; i < pCount; i++) {
            aCount = -1;

            do {
                aPtr = strsep(&pipeComms[i], " ");
                cmdArgs[++aCount] = aPtr;
            } while(aPtr);

            cmdArgs[aCount] = 0;

            if(strlen(cmdArgs[0]) > 0) {
                pid = fork();

                if(pid == 0) {
                    if(i == 0) {
                        close(fdPipe[0]);

                        dup2(fdPipe[1], STDOUT_FILENO);

                        close(fdPipe[1]);
                    } else if(i == 1) {
                        close(fdPipe[1]);

                        dup2(fdPipe[0], STDIN_FILENO);

                        close(fdPipe[0]);
                    }

                    execvp(cmdArgs[0], cmdArgs);
                    exit(1);
                } else {
                    lPids[i] = pid;

                    /*waitpid(pid, &status, 0);

                    if(WIFEXITED(status)) {
                        printf("[%d] TERMINATED (Status: %d)\n",
                            pid, WEXITSTATUS(status));
                    }*/
                }
            }
        }

        for(i = 0; i < pCount; i++) {
            waitpid(lPids[i], &status, 0);

            if(WIFEXITED(status)) {
                printf("[%d] TERMINATED (Status: %d)\n",
                    lPids[i], WEXITSTATUS(status));
            }
        }
    }

    return 0;
}

（代碼已更新，以反映下面兩個答案提出的更改，它仍然無法正常工作......）

這是失敗的測試用例：

nazgulled ~/Projects/SO/G08 $ ls -l
total 8
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled  7181 2009-05-27 17:44 a.out
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled   754 2009-05-27 01:42 data.h
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled  1305 2009-05-27 17:50 main.c
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled   320 2009-05-27 01:42 makefile
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled 14408 2009-05-27 17:21 prog
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled  9276 2009-05-27 17:21 prog.c
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled 10496 2009-05-27 17:21 prog.o
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled    16 2009-05-27 17:19 test
nazgulled ~/Projects/SO/G08 $ ./a.out 
Shell> ls -l|grep prog
[4804] TERMINATED (Status: 0)
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled 14408 2009-05-27 17:21 prog
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled  9276 2009-05-27 17:21 prog.c
-rwxr-xr-x 1 nazgulled nazgulled 10496 2009-05-27 17:21 prog.o

問題是我應該在那之后返回我的shell，我應該看到“Shell>”等待更多輸入。 您還可以注意到，您沒有看到類似於“[4804] TERMINATED（狀態：0）”的消息（但具有不同的pid），這意味着第二個進程未終止。

我認為這與grep有關，因為這有效：

nazgulled ~/Projects/SO/G08 $ ./a.out 
Shell> echo q|sudo fdisk /dev/sda
[4838] TERMINATED (Status: 0)

The number of cylinders for this disk is set to 1305.
There is nothing wrong with that, but this is larger than 1024,
and could in certain setups cause problems with:
1) software that runs at boot time (e.g., old versions of LILO)
2) booting and partitioning software from other OSs
   (e.g., DOS FDISK, OS/2 FDISK)

Command (m for help): 
[4839] TERMINATED (Status: 0)

您可以輕松看到兩個“終止”消息......

那么，我的代碼出了什么問題？

Answer 1

即使管道的第一個命令退出（並且thust關閉stdout=~fdPipe[1] ），父級仍然打開fdPipe[1] 。

因此，管道的第二個命令具有stdin=~fdPipe[0] ，它永遠不會獲得EOF，因為管道的另一個端點仍然是打開的。

您需要為每個|創建一個新pipe(fdPipe) ，並確保關閉父級中的兩個端點; 即

for cmd in cmds
    if there is a next cmd
        pipe(new_fds)
    fork
    if child
        if there is a previous cmd
            dup2(old_fds[0], 0)
            close(old_fds[0])
            close(old_fds[1])
        if there is a next cmd
            close(new_fds[0])
            dup2(new_fds[1], 1)
            close(new_fds[1])
        exec cmd || die
    else
        if there is a previous cmd
            close(old_fds[0])
            close(old_fds[1])
        if there is a next cmd
            old_fds = new_fds
if there are multiple cmds
    close(old_fds[0])
    close(old_fds[1])

另外，為了更安全，您應該在執行任何close和dup2操作之前處理fdPipe和{STDIN_FILENO,STDOUT_FILENO} fdPipe {STDIN_FILENO,STDOUT_FILENO}重疊的情況。 如果有人設法在stdin或stdout關閉的情況下啟動shell，可能會發生這種情況，並且會導致與此處的代碼混淆。

編輯

   fdPipe1           fdPipe3
      v                 v
cmd1  |  cmd2  |  cmd3  |  cmd4  |  cmd5
               ^                 ^
            fdPipe2           fdPipe4

除了確保關閉父管道中的管道端點之外，我還試圖指出fdPipe1 ， fdPipe2等不能是同一個pipe() 。

/* suppose stdin and stdout have been closed...
 * for example, if your program was started with "./a.out <&- >&-" */
close(0), close(1);

/* then the result you get back from pipe() is {0, 1} or {1, 0}, since
 * fd numbers are always allocated from the lowest available */
pipe(fdPipe);

close(0);
dup2(fdPipe[0], 0);

我知道你不要在你現在的代碼中使用close(0) ，但最后一段警告你要注意這個案例。

編輯

您對代碼的以下最小更改使其適用於您提到的特定失敗案例：

@@ -12,6 +12,4 @@
     pid_t pid;

-    pipe(fdPipe);
-
     while(1) {
         bBuffer = readline("Shell> ");
@@ -29,4 +27,6 @@
         } while(aPtr);

+        pipe(fdPipe);
+
         for(i = 0; i < pCount; i++) {
                 aCount = -1;
@@ -72,4 +72,7 @@
         }

+        close(fdPipe[0]);
+        close(fdPipe[1]);
+
         for(i = 0; i < pCount; i++) {
                 waitpid(lPids[i], &status, 0);

這不適用於管道中的多個命令; 為此，你需要這樣的東西:(未經測試，因為你必須修復其他東西）

@@ -9,9 +9,7 @@
 int main(int argc, char *argv[]) {
     char *bBuffer, *sPtr, *aPtr = NULL, *pipeComms[NUMPIPES], *cmdArgs[10];
-    int fdPipe[2], pCount, aCount, i, status, lPids[NUMPIPES];
+    int fdPipe[2], fdPipe2[2], pCount, aCount, i, status, lPids[NUMPIPES];
     pid_t pid;

-    pipe(fdPipe);
-
     while(1) {
         bBuffer = readline("Shell> ");
@@ -32,4 +30,7 @@
                 aCount = -1;

+                if (i + 1 < pCount)
+                    pipe(fdPipe2);
+
                 do {
                         aPtr = strsep(&pipeComms[i], " ");
@@ -43,11 +44,12 @@

                         if(pid == 0) {
-                                if(i == 0) {
-                                        close(fdPipe[0]);
+                                if(i + 1 < pCount) {
+                                        close(fdPipe2[0]);

-                                        dup2(fdPipe[1], STDOUT_FILENO);
+                                        dup2(fdPipe2[1], STDOUT_FILENO);

-                                        close(fdPipe[1]);
-                                } else if(i == 1) {
+                                        close(fdPipe2[1]);
+                                }
+                                if(i != 0) {
                                         close(fdPipe[1]);

@@ -70,4 +72,17 @@
                         }
                 }
+
+                if (i != 0) {
+                    close(fdPipe[0]);
+                    close(fdPipe[1]);
+                }
+
+                fdPipe[0] = fdPipe2[0];
+                fdPipe[1] = fdPipe2[1];
+        }
+
+        if (pCount) {
+            close(fdPipe[0]);
+            close(fdPipe[1]);
         }

Answer 2

你應該在execvp（）之后退出錯誤 - 它會在某個時候失敗。

exit(EXIT_FAILURE);

正如@uncleo指出的那樣，參數列表必須有一個空指針來指示結束：

cmdArgs[aCount] = 0;

我不清楚你讓兩個程序都是自由運行的 - 看起來你需要在開始第二個程序之前完成管道中的第一個程序，如果第一個程序由於管道已滿而阻塞，這不是成功的秘訣。

Answer 3

喬納森有正確的想法。 你依靠第一個進程來分叉所有其他進程。 每一個都必須在下一個分叉之前運行完成。

相反，像處理一樣循環進程，但是在內部循環之外等待它們（在shell提示符的大循環底部）。

loop //for prompt
    next prompt
    loop //to fork tasks, store the pids
        if pid == 0 run command
        else store the pid
    end loop
    loop // on pids
        wait
    end loop
end loop

Answer 4

管道中的文件描述符是引用計數，並隨每個fork遞增。 對於每個fork，您必須在兩個描述符上發出close，以便將引用計數減少到零並允許管道關閉。 我正在猜測。

Answer 5

我認為你的分叉進程將繼續執行。

嘗試：

• 將其更改為“return execvp”
• 添加'exit（1）;' 在execvp之后

Answer 6

一個潛在的問題是cmdargs可能在它的末尾有垃圾。 您應該在將數組傳遞給execvp（）之前使用空指針終止該數組。

看起來grep正在接受STDIN，所以這可能不會導致任何問題（尚未）。