《Unix-Linux编程实践教程》读书笔记（十）

第十章 I/O重定向和管道

1.      shell脚本中

# ls > my.file

                #who| sort > userlist

         两个命令引出：如何将一个程序的结果输出到文件而不是屏幕？shell如何将一个程序的输出与另外一个程序的输入相连接？本章阐述进程间一种特殊的通信方式：重定向和管道。

2.      每隔60秒查询当前登录系统的用户情况的shell程序watch.sh使用了重定向。comm命令的介绍。该脚本体现了：脚本与C程序相比简单；每隔软件工具完成一件特定、通用的功能；I/O重定向和管道的使用。

3.      标准I/O和重定向的若干概念

         1）  三个标准文件描述符：所有的Unix工具都是用文件描述符0（标准输入stdin）、1（标注输出stdout）、2（标准错误输出stderr）

         2）  默认的tty连接：通常通过shell运行Unix工具时，stdin、stdout、stderr连在终端上，因此工具从键盘读取数据并且把输出和错误消息写到屏幕。

                   大部分Unix工具处理从文件或者标准输入读入数据，如果给定文件，则从文件读取；否则从标准输入stdin读取。

                   相反的，大多数程序并不接收输出文件，而将输出送到stdout，将错误消息送到stderr。如果想把上述信息写入文件或者是其他进程的stdin，则需要使用重定向技术。

4.      重定向I/O的是shell而不是程序，程序还是按部就班的那三个文件描述符。

5.      最低可用文件描述符原则：当进程打开一个文件时，总是分配文件描述符数组中最低的可用文件描述符。

6.      如何将stdin定向到文件：实质是将文件描述符重定向到文件，而程序还是从文件描述符0中读取数据。

         1）  方法1：close then open：程序默认打开文件描述符0、1、2。按照最低可用文件描述符原则，先close 文件描述符0（stdin），然后再打开包含要读入的数据的文件，这时就会将最低可用文件描述符0分配给该文件，从而实现目的。

         2）  方法2：open（file）、close（0）、dup（fd）、close（fd）：该方法同方法一大致相同，只是在调用dup（fd）时也会用到最低可用文件描述符的原则，将打开的数据文件的文件描述符fd复制到文件描述符0上，然后再关闭打开的数据文件描述符fd

                   将该方法中的close（0），dup（fd）合并成一个系统调用dup2（oldfd，newfd）

1）  方法3：open（file）、dup2、close

7.      如何将stdout重定向到文件#who> userlist

         核心就是利用fork和exec之间的时间空隙，完成子进程stdout的关闭和输出文件的打开，利用最低可用文件描述符原则可实现 stdout的重定向。此外，exec虽然“换脑”，但是会传递打开过的文件描述符。

8.      重定向到文件的小结：

         1）  标准输入、输出、错误输出分别对应文件描述符0、1、2

         2）  最低可用文件描述符原则

         3）  文件描述符集合通过exec调用传递，且不会改变

         4）  shell通过fork产生子进程执行新程序，在子进程调用exec执行新的程序之前来重定向标准输入和标准输出到文件。

9. 管道编程：用管道将一个进程的标准输出连接到另一个进程的标准输入上。

         1）  创建管道：pipe（int  arry[2]）;

                   arry[0]：为数据输出端；arry[1]：为数据写入端；

                   pipe同样遵循 最低可用文件描述符原则；

                  pipedemo.c展示了如何创建管道向自己发送数据。

         2）  使用fork来共享管道

                   一个进程创建管道，该进程同时得到了管道的两端，通过调用fork，子进程也得到了该管道的两端。父进程和子进程都可以对管道进行读写。但是当一个进程读，另一个进程写的时候，管道效率最高

                   使用 pipe、fork、exec来实现# who >sort的程序 pipe.c

1）  技术细节：管道并非文件

write将数据写入管道，read从管道中读取数据；

像文件一样，管道式不带任何结构的字节序列；

         从管道中读取数据

         -->管道读取阻塞：当进程试图读取管道中的数据时，进程被挂起直到数据被写进管道。同步的方式。

         -->管道的读取结束标志：当所有的写数据段关闭时，试图从管道读取数据的调用返回0.意味着文件的结束

         -->多个读者可能引起麻烦：两个进程读取一个管道，很可能出现二者读到的数据不完整，除非同过某种机制来协调他们对管道的读取。

         向管道写数据

         -->写入数据阻塞直到管道有空间去容纳新的数据

         -->写入必须保证一个最小的块大小：不会拆分小于最小块大小的数据

         -->若无读者在读取数据，则写操作执行失败（发送信号SIGPIPE，write调用返回-1，且errno置为EPIPE）

10.小结

         1）  标准输入、输出、错误输出

         2）  文件描述符都会从父进程传递给子进程，且在exec时也会被传递

         3）  创建文件描述符的时候的“最低可用文件描述符原则”

         4）  管道是内核中的一个数据队列，程序使用pipe创建

         5）  只有具有共同父进程的进程之间才可以使用管道连接

         传统的Unix管道在进程之间进行数据的单向传输，若需要在两个进程之间来回进行数据的传输，或者没有关联的进程或两个进程在不同的机器上，如何进行通信？后面的章节将进一步研究管道及网络编程。

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2014.05.29