通过管道和重定向实现linux管道命令

    下午查看了自己当初写的一个有关管道的一个题目，这个题目是带领3+1学习管道通信时写的。题目要求如下：

    题目2：通过管道模拟shell命令：cat file | sort

    涉及主要知识点：未命名管道、重定向

    题目描述：具体模拟一个shell命令：cat file | sort。具体的一些提示在后面。

    提示：首先在当前目录下创建一个名为”file”的文件，里面的内容输入如下：

99

123

892

12

1342

89

32

76

    通过执行”cat file | sort”后的结果如下：

12

123

1342

32

76

89

892

99

    现在我们需要通过一个管道，将”cat file”的结果通过管道送给命令”sort”。其中，将”cat file”命令的输出结果重定向到”sort”命令的输入是由包含在命令中的管道标志”|”来完成的。为了在程序当中实现类似的功能，需要用dup()或者dup2()系统调用将标准输入和标准输出联系起来，具体的系统调用使用可以通过man手册来查，或者查阅群共享里面的函数手册。另外，这里的”cat file”和”sort”命令不是自己来完成，而是通过调用exec函数族来实现的，具体的exec()函数族的使用不再啰嗦。

扩展：实现两个管道

    今天下午仔细一琢磨，发现这个题目当中，没有把创建进程说明，怪不得当初其他人做这个题目时，有许多疑问，原来是我的题目出现了问题。

自己下午实现了一下，程序代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    int fd[2], res;
    pid_t pid;

    res = pipe(fd);
    if(res == -1) {
        perror("Pipe error!");
        exit(1);
    }
    pid = fork();
    if(pid > 0) {
        close(fd[1]);
        dup2(fd[0], 0);
        execl("/usr/bin/sort", "sort", (char *)0);
        wait(NULL);
        exit(0);
    } else if(pid == 0) {
        dup2(fd[1], 1);
        close(fd[0]);
        execl("/bin/cat", "cat", "file", NULL);
        exit(0);
    } else {
        perror("Fork error!");
        exit(2);
    }
}

    我当初出这个程序的目的主要是想把管道应用起来，然后想让大家能够把重定向带出来，而且我发现许多有关linux C语言的书上基本都有这种类似的题目，所以我觉得这个题目挺好的。

    说一下我的思路吧，针对这个题，首先得把"cat file | sort"这个命令搞清楚，应该明确：这里有两个进程，而不是一个进程，其实我原先把题目在无意当中暗示了只有一个进程。在程序当中，创建一个进程之后，子进程将会执行“cat file”命令，而父进程会执行“sort”命令。在子进程当中，会通过重定向"dup2(fd[1], 1)"，将标准输出重定向到管道的写端，说通俗一些，就是以后对于标准输出的操作都就改为对管道的写端的操作了，如果对这里还是不能够理解的话，请查看我的前一篇“通过文件共享来学习I/O重定向（下）——I/O重定向”。对于父进程而言，也是通关重定向“dup2(fd[0], 0)”，将标准输入重定向到管道的读端，以后对于标准输入的操作都就改为了对于fd[0]的操作了。

通过这么解释，应该对于上面的程序清楚了吧，下面把我调试的过程当中发现的一些问题总结一下。

    1.execl()函数执行之后，该进程成为什么进程了？

对于这个问题的回答，我们可以通过修改上面的程序来实现，把父进程调用execl()函数之前加一个sleep(5)函数，即，

if(pid > 0) {
        close(fd[1]);
        dup2(fd[0], 0);       //修改的内容
        execl("/usr/bin/sort", "sort", (char *)0);
        wait(NULL);
        exit(0);
    } else if(pid == 0) {

    在一个终端执行这个程序，在5秒之内打开另外一个终端，执行“ps -au”，并分析其结果,发现有这么几条记录:

sunny     5107  0.0  0.0   1616   308 pts/0    S+   21:36   0:00 ./a.out

sunny     5108  0.0  0.0      0     0 pts/0    Z+   21:36   0:00 [cat]

sunny     5109  0.0  0.1   2716  1072 pts/2    R+   21:37   0:00 ps -au

    在其中有一个标识，说明出现了僵尸进程。

    上面的测试，是让子进程去执行“execl()”函数的时候，父进程等待等待5s，然后在另外一个终端下查看子进程成了什么样的进程，结果是僵尸进程。等整个程序执行完毕之后，发现僵尸进程消失了，那么僵尸进程是如何消失的呢？这个目前我还没有弄明白，希望大家指教（对于popen()出现僵尸进程之后，会通过close()函数来退出，但是这里的话，好像没有close()函数调用，那它是如何退出呢？）。

2.出现僵尸进程之后，那么下面的代码还执行吗？

答案是不执行。

这次我们修改子进程的代码:

} else if(pid == 0) {
        dup2(fd[1], 1);
        close(fd[0]);
        execl("/bin/cat", "cat", "file", NULL);
        printf("fffffffffffffffffffffff");         //运行之后，发现这句没有执行
        exit(0);
    } else {

    为什么会不执行了，我是这样猜想的，当子进程去执行“cat”命令时，执行完之 后，它成了僵尸进程，之后它退出了，但是如何退出的?

    我在网上找到了有关进程一生的描述：随着一句fork，一个新进程呱呱落地，但它这时只是老进程的一个克隆。然后随着exec，新进程脱胎换骨，离家独立，开始了为人民服务的职业生涯。人有生老病死，进程也一样，它可以是自然死亡，即运行到main函数的最后一个”}”，从容地离我们而去；也可以是自杀，自杀有2种方式，一种是调用 exit函数，一种是在main函数内使用return，无论哪一种方式，它都可以留下遗书，放在返回值里保留下来；它还甚至能可被谋杀，被其它进程通过 另外一些方式结束他的生命。进程死掉以后，会留下一具僵尸，wait和waitpid充当了殓尸工，把僵尸推去火化，使其最终归于无形。这里遗书中的内容是在进程列表中保留一个位置，记载该进程的退出状态等信息供其他 进程收集，除此之外，僵尸进程不再占有任何内存空间。

    看到这里，我明白了，子进程成为僵尸进程的原因是由于没有进行“遗书”回收造成的，为了证实我的想法，我们继续将父进程要执行的代码修改如下：

if(pid > 0) {
        close(fd[1]);
        dup2(fd[0], 0);
        wait(NULL);
        sleep(3);
        execl("/usr/bin/sort", "sort", (char *)0);
        printf("ffffffffffffffff\n");
        exit(0);
    } else if(pid == 0) {

    这时，当父进程等待3s的时候，在另外一个终端使用ps查看的时候，法相那个僵尸进程不见了，这说明我们对产生的僵尸进程进行了回收。但是，这时候，当sleep()执行完了之后，父进程自己又成了僵尸进程，它会被谁回收呢？当我们程序当中的父进程成为僵尸进程之后，它会把自己的遗书交给它的父进程，应该是在shell中执行那个程序的进程吧，所以，它应该是由执行它的那个shell进程回收的。