2010年5月26日 星期三

fork()、pipe()、dup2() 和 execlp() 的組合技法

Standard
對一般程式來說,管線(pipe)機制很少會用到,尤其對於在 Windows 底下的程式開發者來說,很可能前所未聞,而在 Unix-like 環境中常見的例子,就是往往在命令後面加上『|』,其意味使用『管子(pipe)』將內容導入另一個程式裡,如:『dmesg | grep ALSA』。在該例中,Shell 有趣的將 demsg 標準輸出(standard output)全數導入 grep 程式的標準輸入(standard input)中,再交由 grep 處理並找出存在 ALSA 字串的句子所在。

另一個情況,Web Server 在支援 CGI 時,也會使用到 pipe。這是最典型的例子,當 Web Server 欲執行一支外部 CGI Program 時,會利用 pipe 去模擬該 CGI 的標準輸入及輸出(Standard I/O)。以上說明當然只是大致上的做法,細節還需加上 fork() 和 dup2() 的配合,透過個範例可清楚瞭解這部份的實作。

這是一個簡單的範例:
void cgi_run(const char* filename)
{
    char buffer[1024] = { 0 };
    int len; 
    int pfd[2];
    int status;
    pid_t pid;

    /* create pipe */
    if (pipe(pfd)<0)
        return -1;

    /* fork to execute external program or scripts */
    pid = fork();
    if (pid<0) {
        return 0;
    } else if (pid==0) { /* child process */
        dup2(pfd[1], STDOUT_FILENO);
        close(pfd[0]);

        /* execute CGI */
        execlp(filename, filename, NULL);
        exit(0);
    } else { /* parent process */
        close(pfd[1]);

        /* print output from CGI */
        while((len=read(pfd[0], buffer, 1023))>0) {
            buffer[len] = '\0';
            printf("%s\n", buffer);
        }

        /* waiting for CGI */
        waitpid((pid_t)pid, &status, 0);
    }
}

此範例相當易懂,不外乎是使用 fork() 建立一個新的 Process,再去執行一支外部 CGI,而主程式會等待外部 CGI 的輸出,再用 printf() 印出來 CGI 的輸出內容。而比較令人騷不著頭緒的部份,就是 pipe() 和 dup2() 的關係,使用 pipe() 可建立一組雙向的管線,範例中是一組有兩個整數值的陣列 pfd,這是一條水管,從 pfd[0] 進入的東西會從 pfd[1] 出來,反之亦然,除此之外,它也是可以跨 Process,達成兩個程式溝通的目的。除了建立 pipe,接著利用 dup2(),可以讓管線去取代外部程式的標準輸出(standard output),然後讓主程式用管線接收。

註:pipe() 回傳的是兩個檔案描述編號(file discriptions),需要用相應的檔案函數去操控它。