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[Linux] 浅谈Linux Shell的管道与重定向

服务系统 服务系统 发布于:2021-09-16 21:37 | 阅读数:602 | 评论:0

对shell有一定了解的人都知道,管道和重定向是 Linux 中非常实用的 IPC 机制。
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对shell有一定了解的人都知道,管道和重定向是 Linux 中非常实用的 IPC 机制。
在shell中,我们通常使用符合‘|’来表示管道,符号‘>’和‘<’表示重定向。
那么管道和重定向的真实含义(定义)又是什么呢?
管道
管道的定义
管道就是一个进程与另一个进程之间通信的通道,它通常是用作把一个进程的输出通过管道连接到另一个进程的输入。
它是半双工运作的,想要同时双向传输需要使用两个管道。
管道又可以分为匿名管道和命名管道,而shell中使用到的是匿名管道,所以本文仅描述匿名管道。
例如命令ls | grep main.c,使用了管道来连接了两条命令来执行,能够快速地让我们知道当前目录下是否有 main.c 文件。
管道的本质是内存中的缓冲区,可以看作是打开到内存中的文件。
所以需要使用两个文件描述符来索引它,一个表示读端,一个表示写端。
并且规定,数据只能从读端读取、只能往写端写入。
创建管道
使用函数pipe()可以创建匿名管道,需要包含头文件 unistd.h,示例代码:
int fd[2];  
pipe(fd);
首先创建一个 2 个元素的整型数组,然后将该数组作为pipe()的参数,pipe()执行成功后,数组元素 fd[0]的值就会变成所创建的管道的读端的文件描述符,fd[1]就会变成写端的文件描述符。
至此管道就算创建成功了。
把管道作为标准输入输出
管道创建成功后,就可以直接使用 read()和 write()函数对管道进行数据的读写。
而因为shell中都是使用标准输入输出对管道进行读写的,例如ls | grep main.c就是将 ls 的标准输出写到了管道写端,而 grep 的标准输入则从管道读端读取,所以本文也只描述此方法。
示例代码如下:
int fd[2];  
pipe(fd);  
pid=fork();  
if(0==pid) //execute next command in child process  
{  
 dup2(fd[0],0);//redirect standard input to pipe(read)  
 close(fd[0]);  
 close(fd[1]);  
 if(0!=execvp(cmd0[0],cmd0))  
  printf("No such command!\n");  
 exit(EXIT_SUCCESS);  
}  
else //execute current command in current process   
{  
 dup2(fd[1],1);//redirect standard output to pipe(write)  
 close(fd[0]);  
 close(fd[1]);  
 if(0!=execvp(cmd1[0],cmd1))  
  printf("No such command!\n");  
 exit(EXIT_SUCCESS);  
}

  • 首先是创建一个管道,然后创建子进程,子进程会继承这一个管道,也就保证了父进程与子进程操作的是同一个管道(管道的继承与普通变量不同)。
  • 如果我们希望在子进程中执行管道的读端的程序例如ls | grep main.c中的grep main.c;在父进程中执行管道的写端的程序,例如ls | grep main.c中的ls。
  • 在子进程中,先调用dup2(fd[0],0);此函数就是将标准输入的文件描述符 0,指向了管道的读端。
文件描述符,本质是非负整数,通常是小整数;它是一个索引,通过该索引可以找到对应的文件。
例如,标准输入、标准输出、标准错误的文件描述符默认是 0、1、2 。当进程需要从标准输入中读取数据时,就会通过 0 索引找到标准输入所对应的内存缓冲区来读取数据。

  • 假设此时管道读端的文件描述符为 3、写端文件描述符为 4 。
  • 调用dup2(fd[0],0),实际上就是将文件描述符 3 指向的文件表项赋值给了文件描述符 0,而文件描述符 0 正是进程默认的标准输入。
  • 所以此时,当进程需要从标准输入读取数据时,进程就会通过文件描述符 0 来找到管道读端所对应内存缓冲区。
  • 从而实现了通过标准输入来读取管道的数据,也可以说是,将管道的读端重定向到了标准输入。管道的写端与标准输入的关系也与此类似,此处不再赘述。
DSC0001.png


  • 调用dup2(fd[0],0)之后还需要调用close()函数将管道原有的文件描述符关闭,关闭的意思是文件描述符 3 和 4 不再索引到管道或者其他文件,也就是说此时使用 read 函数从文件描述符 3 中是读取不到管道的数据的了,并不是说关闭管道的意思。
  • 完成管道的设置之后,就可以通过 exec 族函数来执行外部命令了。
需要注意的是,调用 exec 族函数并不会把管道这种 IPC 资源覆盖或者重新初始化。文件重定向
文件重定向
其实与上面管道重定向到标准输入输出很类似,甚至可以直接采用上面所说的方法来实现。但是此处将讲述一种更加简洁的方法实现。
实例代码如下:
char fileName[20]="out.txt";  
freopen(fileName,"w",stdout);//redirect stdout to fileName
以上两行简单的代码就实现了,将该进程的标准输出重定向到了文件 out.txt ,甚至一行就可以实现。
执行以上代码后,当前进程的所有标准输出,也就是 printf()之类的输出全都会被写到文件 out.txt,显示屏将不会有输出。
而将进程的标准输入重定向到文件 in.txt 的代码如下:
char fileName[20]="in.txt";  
freopen(fileName,"r",stdin);//redirect stdin to fileName
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其中的核心函数就是freopen():
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原文地址:https://mp.weixin.qq.com/s/o7d56SSJurXiyCLjozf4-A

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