Разработка приложений в среде Linux. Второе издание - Майкл Джонсон

#include <unistd.h>

int dup(int oldfd);

dup() возвращает файловый дескриптор, который ссылается на тот же inode, что и oldfd, или -1 в случае ошибки, oldfd остается корректным дескриптором, по-прежнему ссылающимся на исходный файл. Новый файловый дескриптор — это всегда наименьший доступный файловый дескриптор. Если процессу нужно получить новый файловый дескриптор с определенным значением (например, 0, чтобы перенаправить стандартный ввод), то он должен использовать dup2().

#include <unistd.h>

int dup2(int oldfd, int newfd);

Если newfd ссылается на уже открытый дескриптор, то он закрывается. Если вызов завершен успешно, он возвращает новый файловый дескриптор и newfd ссылается на тот же файл, что oldfd. Системный вызов fcntl() представляет почти ту же функциональность командой F_DUPFD. Первый аргумент — fd — это уже открытый файловый дескриптор. Новый файловый дескриптор — это первый доступный дескриптор, равный или больший, чем значение последнего аргумента fcntl(). (В этом состоит отличие от работы dup2().) Вы можете реализовать dup2() через fcntl() следующим образом.

int dup2(int oldfd, int newfd) {

 close(newfd); /* ensure new fd is available */

 return fcntl(oldfd, F_DUPFD, newfd);

}

Создание двух файловых дескрипторов, ссылающихся на один и тот же файл — это не то же самое, что открытие файла дважды. Почти все атрибуты дублированных дескрипторов разделяются: они разделяют текущую позицию, режим доступа и блокировки. (Все это записывается в файловой структуре[50], которая создается при каждом открытии файла. Файловый дескриптор ссылается на файловую структуру, и дескриптор, возвращенный dup(), ссылается на одну и ту же структуру.) Единственный атрибут, который может независимо управляться в этих двух дескрипторах — это состояние "закрыть при выполнении". После того, как процесс вызывает fork(), то файлы, открытые в родительском процессе, наследуются дочерним, и эти пары файловых дескрипторов (один в родительском процессе, другой — в дочернем) ведут себя так, будто файловые дескрипторы были дублированы с текущей позицией и другими разделенными атрибутами[51].

11.6. Создание неименованных каналов

Неименованные каналы подобны именованным, но они в файловой системе не существуют. Они не имеют путевых имен, ассоциированных с ними, и все они и их следы исчезают после того, как последний файловый дескриптор, ссылающийся на них, закрывается. Они почти исключительно используются для межпроцессных коммуникаций между дочерними и родительскими процессами либо между родственными процессами.

Оболочки применяют неименованные каналы для выполнения команд вроде ls | head. Процесс ls пишет в тот канал, из которого head читает свой ввод, выдавая ожидаемый пользователем результат.

Создание неименованного канала выполняется по двум файловым дескрипторам, один из которых доступен только для чтения, а второй — только для записи.

#include <unistd.h>

int pipe(int fds[2]);

Единственный параметр-массив включает два файловых дескриптора — fd[0] для чтения и fd[1] для записи.

11.7. Добавление перенаправления для ladsh

Теперь, когда мы рассмотрели основные манипуляции с файлами, мы можем научить ladsh перенаправлению ввода и вывода через файлы и каналы. ladsh2.с, который мы представим здесь, работает с каналами (описанными символом | в командах ladsh, как это делается в большинстве командных оболочек) и перенаправление ввода и вывода в файловые дескрипторы. Мы покажем только модифицированные части кода здесь — полный исходный текст ladsh2.с доступен по упомянутым в начале книги адресам. Изменения в parseCommand() — это простое упражнение по разбору строк, поэтому мы не будем надоедать дискуссией об этом.

11.7.1. Структуры данных

Хотя код в ladsh1.с поддерживает концепцию задания как множества процессов (предположительно, объединенных вместе каналами), он не предоставляет способа указания того, какие файлы использовать для ввода и вывода. Чтобы позволить это, добавляются новые структуры данных и модифицируются существующие.

24:  REDIRECT_APPEND};

25:

26: struct redirectionSpecifier {

27:  enum redirectionTypetype; /* тип перенаправления */

28:  int fd; /*перенаправляемый файловый дескриптор*/

29:  char * filename; /* файл для перенаправления fd */

30: };

31:

32: struct childProgram {

33:  pid_t pid; /* 0 если завершен */

34:  char **argv; /* имя программы и аргументы */

35:  int numRedirections; /* элементы в массиве перенаправлений */

36:  struct redirectionSpecifier *redirections; /* перенаправления ввода-вывода*/

37: } ;

Структура struct redirectionSpecifier сообщает ladsh2.с о том, как установить отдельный файловый дескриптор. Она содержит enum redirectionTypetype, который указывает, является ли это перенаправление перенаправлением ввода, перенаправлением вывода, который должен быть добавлен к существующему файлу, либо перенаправлением вывода, которое заменяет существующий файл. Она также включает перенаправляемый файловый дескриптор и имя файла. Каждая дочерняя программа (struct childProgram) теперь специфицирует нужное ей количество перенаправлений.

Эти новые структуры данных не связаны с установкой каналов между процессами. Поскольку задание определено как множество дочерних процессов с каналами, связывающими их, нет необходимости в более подробной информации, описывающей каналы. На рис. 11.1 показано, как эти новые структуры должны выглядеть для команды tail < input-file | sort > output-file.

Рис. 11.1. Структуры данных, описывающие задание для ladsh2.с

11.7.2. Изменения в коде

Как только в parseCommand() будут правильно отражены структуры данных, то запуск команд в правильном порядке становится довольно простым при достаточном внимании к деталям. Прежде всего, мы добавляем цикл в parseCommand() для запуска дочерних процессов, поскольку теперь их может быть множество. Прежде чем войти в цикл, мы устанавливаем nextin и nextout, которые являются файловыми дескрипторами, используемыми в качестве стандартных потоков ввод и вывода для следующего запускаемого процесса. Для начала мы используем те же stdin и stdout, что и оболочка.

Теперь посмотрим, что происходит внутри цикла. Основная идея описана ниже.

1. Если это финальный процесс в задании, убедиться, что nextout указывает на stdout. В противном случае нужно подключить вывод этого задания к входному концу неименованного канала.

2. Породить новый процесс. Внутри дочернего перенаправить stdin и stdout, как указано с помощью nextin, nextout и всех специфицированных ранее перенаправлений.

3. Вернувшись обратно в родительский процесс, закрыть nextin и nextout, используемые только что запущенным дочерним процессом (если только они не являются потоками ввода и вывода самой оболочки).

4. Теперь настроить следующий процесс в задании для приема его ввода из вывода процесса, который мы только что создали (через nextin).

Вот как эти идеи перевести на С.

365: nextin=0, nextout=1;

366: for (i=0; i<newJob.numProgs; i++) {

367:  if ((i+1) < newJob.numProgs) {

368:   pipe(pipefds);

369:   nextout = pipefds[1];

370:   } else {

371:    nextout = 1;

372:   }

373:

374:   if (!(newJob.progs[i].pid = fork())) {

375:    if (nextin != 0) {

376:     dup2(nextin, 0);

377:     close(nextin);

378:    }

379:

380:    if (nextout != 1) {

381:     dup2(nextout, 1);

382:     close(nextout);

383:    }

384:

385:    /* явное перенаправление перекрывает каналы */

386:    setupRedirections(newJob.progs+i);

387:

388:    execvp(newJob.progs[i].argv[0], newJob.progs[i].argv);

389:    fprintf(stderr, "exec() of %s failed: %sn",

390:     newJob.progs[i].argv[0],

391:    strerror(errno));

392:    exit(1);

393:   }

394:

395:   /* поместить наш дочерний процесс в группу процессов,

396:      чей лидер - первый процесс канала */

397:   setpgid(newJob.progs[i].pid, newJob.progs[0].pid);

398:

399:   if (nextin != 0) close(nextin);

400:   if (nextout != 1) close (nextout);

401:

402:   /* Если больше нет процессов, то nextin - мусор,

403:      но это не имеет значения */

404:   nextin = pipefds[0];

Единственный код, добавленный в ladsh2.с для обеспечения перенаправлений — это функция setupRedirections(), код которой останется неизменным во всех последующих версиях ladsh. Ее задача состоит в обработке спецификаторов struct redirectionSpecifier для дочерних заданий и соответствующей модификации дочерних файловых дескрипторов. Мы рекомендуем просмотреть код этой функции в приложении Б.