为什么我不能重用管道与多个子进程通信？

Question

如果我的父进程有n 子进程，为什么我不能使用一个管道将父进程的 pid 发送到所有子进程？这在post 中有简要介绍， 但我觉得解释的不是很清楚。

这是我的代码：

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

void main(void){

    int n;

    printf("How many child processes would you like to create?");
    scanf("%d", &n);

    pid_t pid, child, ppid, pidout;
    int fd[2];
    pipe(fd);
    
    for (int i = 0; i < n; i++){
        pid = fork();
        switch(pid){
        
            case -1:
                printf("error forking at index %i", i);
                exit(1);
                
            case 0: 
                close(fd[1]);
                child = getpid();
                read(fd[0], &pidout, 4);
                printf("\nNode : %i\nMy pid is : %i\nMy parent's pid is : %i\n\n", i, child, pidout);
                exit(0);
                
            default:    
                close(fd[0]);
                ppid = getpid();
                write(fd[1], &ppid, 4);
                if (!i){
                    printf("\nNode : %i, My pid is : %i\n\n", i, ppid);
                }
        }
    }
    for (int i = 0; i < n; i++){
            wait();
    }

}

在这里，我尝试重用相同的管道将数据从父级发送到子级，但在父级的 pid 发送到第一个子级后，管道会中断。我知道解决这个问题的方法是使用n-1 管道：每个通信一个。但是，我不明白为什么这段代码不起作用。任何澄清将不胜感激。谢谢！

Answer 1

我认为这里的问题是您close() 父级管道的读取端太早了，当其他分叉子级尝试从中读取时，他们得到EBADF。您应该始终检查 read() 和 write() 的返回值。

如果您在最后移动close(fd[0]);，在wait() 调用之后，代码应该会按预期工作。

这里对代码进行了有效的重写以说明我的意思：

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

int main(void)
{
        int n;

        printf("How many child processes would you like to create?");
        if (scanf("%d", &n) != 1) {
                fprintf(stderr, "invalid number\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }


        pid_t pid, child, ppid, pidout;
        int fd[2];
        if (pipe(fd) < 0) {
                perror("pipe");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        for (int i = 0; i < n; i++) {
                pid = fork();
                switch (pid) {
                case -1:
                        printf("error forking at index %i", i);
                        exit(EXIT_FAILURE);

                case 0: /* child */
                        close(fd[1]);
                        child = getpid();
                        if (read(fd[0], &pidout, sizeof(pidout)) < 0) {
                                perror("read");
                                exit(EXIT_FAILURE);
                        }
                        printf("Node: %i My pid is: %i My parent's pid is: %i\n", i, child, pidout);
                        close(fd[0]);
                        exit(EXIT_SUCCESS);

                default: /* parent */
                        ppid = getpid();
                        if (write(fd[1], &ppid, sizeof(ppid)) < 0) {
                                perror("write");
                                exit(EXIT_FAILURE);
                        }
                        if (i == 0)
                                printf("\nParent, My pid is: %i\n\n", ppid);
                }
        }

        for (int i = 0; i < n; i++)
                wait(NULL);

        /* close pipe in the parent at the end, to avoid bad file descriptors
         * in the forked children */
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
}

Answer 2

（警告：我不是管道和 Unix IPC 专家。）

您可能看到的是管道的预期行为，即通过管道的东西从另一端出来，而不仅仅是留在那里供其他人观察。一个进程写入，另一个进程读取 - 管道不会保留所有数据，并且会被清除。

也许一个不同的系统调用可以工作，它允许在管道缓冲区达到峰值而不清除它，尽管这听起来不像是一个优雅的解决方案。另一种可能的方法是设置一个“海报板”，形式为进程间共享内存区域，父进程写入该内存区域，子进程可以读取。

编辑：在创建所有子项之前，您还存在过早关闭管道读取端的问题。请参阅@MarcoLucidi 的回答。

Answer 3

要阅读的相关文档包括（对于 Linux）syscalls(2)、pipe(2)、pipe(7)、fifo(7)、dup2(2)、close(2)

当fork(2) 失败时，您可能想使用errno(3) 和perror(3) 来了解它失败的原因。大多数其他系统调用也可能失败，您需要阅读其文档并处理它们的失败案例。

你当然需要阅读Advanced Linux Programming

对于非 Linux 的 Unix 系统（例如 FreeBSD），您应该参考他们的文档。

如果您的 C 编译器是 GCC，我建议您阅读其文档，然后在编译时使用 gcc -Wall -Wextra -g，并学习使用 GDB 调试器。

如果你对C不熟悉，请阅读Modern C这本书，参考this C reference网站等网站。

查看现有用 C 编码的 open source 项目（例如 github.com 或 gitlab.com）应该是鼓舞人心的。

您可能对Frama-C 或Clang static analyzer 等项目感兴趣。