紧跟 execlp() 时是否需要关闭管道？

Question

在陈述我的问题之前，我已经阅读了几个关于堆栈溢出的相关问题，例如pipe & dup functions in UNIX 和其他几个问题，但没有澄清我的困惑。

首先是代码，这是来自“Beginning Linux Programming”第 4 版第 13 章的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
int data_processed;
int file_pipes[2];
const char some_data[] = "123";
pid_t fork_result;

if (pipe(file_pipes) == 0)
   {
    fork_result = fork();
    if (fork_result == (pid_t)-1)
       {
        fprintf(stderr, "Fork failure");
        exit(EXIT_FAILURE);
       }

    if (fork_result == (pid_t)0)  // Child process
       {
        close(0);
        dup(file_pipes[0]);
        close(file_pipes[0]);   // LINE A
        close(file_pipes[1]);   // LINE B

        execlp("od", "od", "-c", (char *)0);
        exit(EXIT_FAILURE);
       }
    else    // parent process
       {
        close(file_pipes[0]);   // LINE C
        data_processed = write(file_pipes[1], some_data,
                               strlen(some_data));
        close(file_pipes[1]);   // LINE D
        printf("%d - wrote %d bytes\n", (int)getpid(), data_processed);
       }
   }
exit(EXIT_SUCCESS);
}

执行结果为：

momo@xue5:~/TestCode/IPC_Pipe$ ./a.out

10187 - 写入 3 个字节

momo@xue5:~/TestCode/IPC_Pipe$ 0000000 1 2 3

0000003

momo@xue5:~/TestCode/IPC_Pipe$

如果你评论了LINE A、LINE C、LINE D，结果同上。 我理解结果，孩子通过连接到管道的自己的标准输入从其父母那里获取数据，并将“od -c”结果发送到它的标准输出。

但是，如果您评论了 LINE B，结果将是：

momo@xue5:~/TestCode/IPC_Pipe$ ./a.out

10436 - 写入 3 个字节

momo@xue5:~/TestCode/IPC_Pipe$

没有“od -c”结果！ 由 execlp() 启动的“od -c”是否未执行，或者其输出未定向到标准输出？一种可能性是 'od' 的 read() 被阻止，因为如果您评论了 LINE B，则子级的写入文件描述符 file_pipes[1] 是打开的。但是评论 LINE D，这会让父级的写入文件描述符 file_pipes[1] 打开, 仍然可以有 'od -c' 输出。

还有，为什么我们需要在 execlp() 之前关闭管道？ execlp() 将使用来自“od”的新图像替换进程图像，包括堆栈、.data、.heap、.text。这是否意味着，即使您没有将子文件中的 file_pipes[0] 和 file_pipes[1] 作为 LINE A 和 B 关闭，file_pipes[0] 和 file_pipes[1] 仍然会被 execlp()“破坏”？从代码的结果来看，它不是。但是我哪里错了？

非常感谢您在这里的时间和努力~~

Answer 1

在 execlp() 之后是否需要关闭管道？

这不是绝对必要的，因为它取决于管道的使用方式。但总的来说，是的，如果进程不需要 pipe 结束，则应该关闭它。

为什么我们需要在 execlp() 之前关闭管道？ execlp() 将替换进程映像

因为文件描述符（默认情况下）在 exec 调用中保持打开状态。来自man page：“默认情况下，文件描述符在 execve() 中保持打开状态。标记为 close-on-exec 的文件描述符已关闭；请参阅 fcntl(2) 中 FD_CLOEXEC 的描述。”

但是，如果您评论了 LINE B，...没有 'od -c' 结果！

这是因为od 进程从stdin 读取，直到它获得EOF。如果进程本身没有关闭file_pipes[1]，那么它不会看到EOF，因为管道的写入端不会被所有打开它的进程完全关闭。

如果你评论了LINE A、LINE C和LINE D，他的结果和上面一样

这是因为 A 和 C 处的文件描述符是管道的读取端，没有人会被阻塞等待它关闭（如上所述）。 D 处的文件描述符是写结束，不关闭它确实会导致问题。但是，即使代码没有在该文件描述符上显式调用close，它仍然会因为进程退出而关闭。

Answer 2

还有，为什么我们需要在 execlp() 之前关闭管道？ execlp() 将使用来自“od”的新图像替换进程图像，包括堆栈、.data、.heap、.text。

是的，exec-family 函数，包括execlp()，将调用进程的进程映像替换为指定程序的副本。但是进程的打开文件描述符表不是进程映像的一部分——它由内核维护，并且在 exec 中存在。

这是否意味着，即使您没有将子文件中的 file_pipes[0] 和 file_pipes[1] 作为 LINE A 和 B 关闭，file_pipes[0] 和 file_pipes[1] 仍然会被 execlp()“销毁” ?

变量 file_pipes 被execlp() 销毁，但这只是程序内部存储的文件描述符。描述符只是内核为进程维护的表中的整数索引。 丢失跟踪文件描述符值不会导致相关文件被关闭。事实上，这是一种资源泄漏。

从代码的结果来看，不是。但是我哪里错了？

如上所述。

另外，当一个进程退出时，它所有打开的文件描述符都会被关闭，但是文件描述符所引用的内核中的底层打开文件描述符ion只有在没有打开文件时才会关闭引用它的描述符仍然存在。由于通过fork() 继承它们，其他进程可能会持有其他打开的文件描述符。

现在关于子进程在执行od之前没有关闭file_pipes[1]会发生什么的具体问题，您可以通过ps命令检查进程列表来获得线索。您将看到子 od 进程仍在运行（可能有几个，如果您已经测试过多次）。为什么？

那么，od 怎么知道何时退出？它处理它的整个输入，所以当它到达输入的末尾时它必须退出。但是管道上的输入结束并不意味着没有更多数据可用现在，因为以后可能会向管道的写入端写入更多数据。当写入端关闭时，管道上的输入结束。如果子进程在它执行之前没有关闭file_pipes[1]，那么它可能会无限期地保持打开状态，因为在执行之后子进程不再知道它拥有它。