具有非阻塞管道 IO 的 C fork/exec

Question

这似乎是一件相当普遍的事情，而且我已经成功地自学了使它工作所需的一切，除了我现在有一个问题，它无法解决我的故障排除。

int nonBlockingPOpen(char *const argv[]){
    int inpipe;
    pid_t pid;
    /* open both ends of pipe nonblockingly */
    pid = fork();

    switch(pid){
        case 0:         /*child*/
            sleep(1); /*child should open after parent has open for reading*/

            /*redirect stdout to opened pipe*/
            int outpipe = open("./fifo", O_WRONLY);
            /*SHOULD BLOCK UNTIL MAIN PROCESS OPENS FOR WRITING*/
            dup2(outpipe, 1);
            fcntl(1, F_SETFL, fcntl(1, F_GETFL) | O_NONBLOCK);

            printf("HELLO WORLD I AM A CHILD PROCESS\n");
            /*This seems to be written to the pipe immediately, blocking or not.*/
            execvp(*argv, argv);
            /*All output from this program, which outputs "one" sleeps for 1 second
             *outputs "two" sleeps for a second, etc, is captured only after the
             *exec'd program exits!
             */
            break;

        default:        /*parent*/
            inpipe = open("./fifo", O_RDONLY | O_NONBLOCK);
            sleep(2);
            /*no need to do anything special here*/
            break;
    }

    return inpipe;
}

为什么每次生成一行时子进程都不会将其标准输出写入管道？ execvp 或 dup2 的工作方式有什么我遗漏的吗？我知道我处理这一切的方法有点奇怪，但我找不到另一种方法来以编程方式捕获闭源二进制文件的输出。

Answer 1

我猜你只会在执行程序退出后得到它的输出，因为它不会在每条消息之后flush。如果是这样，你就无法从外面做任何事情。

我不太确定这与您的问题中阻塞和非阻塞 I/O 之间的选择有何关系。非阻塞写入可能完全或部分失败：不是阻塞程序直到管道中有可用空间，调用立即返回并说它无法写入它应该拥有的所有内容。非阻塞 I/O 既不会使缓冲区变大，也不会强制刷新输出，某些程序可能不支持它。

您不能强制您正在执行的纯二进制程序刷新。如果您认为非阻塞 I/O 可以解决该问题，对不起，但恐怕它是完全正交的。

编辑：好吧，如果 exec'd 程序仅使用 libc 提供的缓冲（不实现其自己的）并且是动态链接的，则可以通过将其链接到刷新每次写入的修改后的 libc 来强制它刷新。这将是一个绝望的措施。只有在其他一切都失败时才尝试。

Answer 2

当进程启动时（在您的示例中通过 execvp()），标准输出的行为取决于输出设备是否为终端。如果不是（并且 FIFO 不是终端），则输出将被完全缓冲，而不是行缓冲。您对此无能为力。 （标准）C 库可以做到这一点。

如果你真的想让它工作行缓冲，那么你必须为程序提供一个伪终端作为它的标准输出。这进入了有趣的领域——伪终端或 pty 并不那么容易处理。有关 POSIX 函数，请参阅：

• grantpt() - 授予对从伪终端设备的访问权限
• posix_openpt() - 打开一个伪终端设备
• ptsname() - 获取从伪终端设备名称
• unlockpt() - 解锁伪终端主/从对

Answer 3

为什么每次生成一行时子进程不会将其标准输出写入管道？

你怎么知道的？您甚至不会尝试从 fifo 读取输出。

注意通过文件名，我认为您使用的是fifo。还是普通文件？

还有孩子的小bug：dup2()之后，你需要close(outpipe)。

fcntl(1, F_SETFL, fcntl(1, F_GETFL) | O_NONBLOCK);

根据您执行的程序（），您可能会丢失一些输出或导致程序失败，因为现在写入标准输出可能会因 EWOULDBLOCK 而失败。

IIRC fifos 的缓冲区大小与管道相同。每个 POSIX 最小为 512 字节，通常为 4K 或 8K。

您可能想解释为什么您需要它。与阻塞 IO 相比，非阻塞 IO 具有不同的语义，除非您的子进程预计您会遇到各种问题。

printf("HELLO WORLD 我是一个子进程\n");

stdout 已缓冲，之后我将拥有fflush(stdout)。 （找不到 exec() 本身是否会刷新标准输出的文档。）

在 execvp 或 dup2 的工作方式中我是否缺少某些东西？我知道我处理这一切的方法有点奇怪，但我找不到另一种方法来以编程方式捕获闭源二进制文件的输出。

我不会玩弄非阻塞 IO - 让它保持阻塞模式。

我会使用 pipe() 而不是 fifo。 Linux 的 man pipe 有一个方便的 fork() 示例。

否则，这是很正常的做法。

Answer 4

sleep()s 确实不保证父级将首先打开管道 - 正如 Dummy00001 所说，您应该使用 pipe() 管道，而不是命名管道。您还应该检查 execvp() 和 fork() 是否失败，并且您不应该将子进程设置为非阻塞 - 这是子进程做出的决定。

int nonBlockingPOpen(char *const argv[])
{
    int childpipe[2];
    pid_t pid;

    pipe(childpipe);
    pid = fork();

    if (pid == 0)
    {
        /*child*/

        /*redirect stdout to opened pipe*/
        dup2(childpipe[1], 1);

        /* close leftover pipe file descriptors */
        close(childpipe[0]);
        close(childpipe[1]);

        execvp(*argv, argv);

        /* Only reached if execvp fails */
        perror("execvp");
        exit(1);
    }

    /*parent*/

    /* Close leftover pipe file descriptor */
    close(childpipe[1]);

    /* Check for fork() failing */
    if (pid < 0)
    {
         close(childpipe[0]);
         return -1;
    }

    /* Set file descriptor non-blocking */
    fcntl(childpipe[0], F_SETFL, fcntl(childpipe[0], F_GETFL) | O_NONBLOCK);

    return childpipe[0];
}