在C中实现流水线。做到这一点的最佳方法是什么？

Question

我想不出任何可行的方法来在c中实现流水线工作。这就是为什么我决定在这里写的原因。我必须说，我了解管道/叉子/
mkfifo的工作方式。我已经看到了很多实施2-3条管道的示例。这简单。当我必须实现Shell时，我的问题就开始了，而管道数量是未知的。

我现在所拥有的：例如。

ls -al | tr a-z A-Z | tr A-Z a-z | tr a-z A-Z

我将这样的行转换为类似的内容：

array[0] = {"ls", "-al", NULL"}
array[1] = {"tr", "a-z", "A-Z", NULL"}
array[2] = {"tr", "A-Z", "a-z", NULL"}
array[3] = {"tr", "a-z", "A-Z", NULL"}

所以我可以用

execvp(array[0],array)

稍后的。

现在，我相信一切都会好起来的。当我尝试将输入/输出的功能重定向到彼此时，问题就开始了。

这是我的做法：

    mkfifo("queue", 0777);

    for (i = 0; i<= pipelines_count; i++) // eg. if there's 3 pipelines, there's 4 functions to execvp
    {
    int b = fork();             
    if (b == 0) // child
        {           
        int c = fork();

        if (c == 0) 
        // baby (younger than child) 
        // I use c process, to unblock desc_read and desc_writ for b process only
        // nothing executes in here
            {       
            if (i == 0) // 1st pipeline
                {
                int desc_read = open("queue", O_RDONLY);
                // dup2 here, so after closing there's still something that can read from 
                // from desc_read
                dup2(desc_read, 0); 
                close(desc_read);           
                }

            if (i == pipelines_count) // last pipeline
                {
                int desc_write = open("queue", O_WRONLY);
                dup2(desc_write, 0);
                close(desc_write);                              
                }

            if (i > 0 && i < pipelines_count) // pipeline somewhere inside
                {
                int desc_read = open("queue", O_RDONLY);
                int desc_write = open("queue", O_WRONLY);
                dup2(desc_write, 1);
                dup2(desc_read, 0);
                close(desc_write);
                close(desc_read);
                }               
            exit(0); // closing every connection between process c and pipeline             
            }
        else
        // b process here
        // in b process, i execvp commands
        {                       
        if (i == 0) // 1st pipeline (changing stdout only)
            {   
            int desc_write = open("queue", O_WRONLY);               
            dup2(desc_write, 1); // changing stdout -> pdesc[1]
            close(desc_write);                  
            }

        if (i == pipelines_count) // last pipeline (changing stdin only)
            {   
            int desc_read = open("queue", O_RDONLY);                                    
            dup2(desc_read, 0); // changing stdin -> pdesc[0]   
            close(desc_read);           
            }

        if (i > 0 && i < pipelines_count) // pipeline somewhere inside
            {               
            int desc_write = open("queue", O_WRONLY);       
            dup2(desc_write, 1); // changing stdout -> pdesc[1]
            int desc_read = open("queue", O_RDONLY);                            
            dup2(desc_read, 0); // changing stdin -> pdesc[0]
            close(desc_write);
            close(desc_read);                               
            }

        wait(NULL); // it wait's until, process c is death                      
        execvp(array[0],array);         
        }
        }
    else // parent (waits for 1 sub command to be finished)
        {       
        wait(NULL);
        }       
    }

谢谢。

Answer 1

Patryk，您为什么要使用fifo，而且在管道的每个阶段都使用相同的fifo？

在我看来，每个阶段之间都需要一个管道。因此流程如下所示：

Shell             ls               tr                tr
-----             ----             ----              ----
pipe(fds);
fork();  
close(fds[0]);    close(fds[1]);
                  dup2(fds[0],0); 
                  pipe(fds);
                  fork();         
                  close(fds[0]);   close(fds[1]);  
                  dup2(fds[1],1);  dup2(fds[0],0);
                  exex(...);       pipe(fds);
                                   fork();     
                                   close(fds[0]);     etc
                                   dup2(fds[1],1);
                                   exex(...);

在每个分叉的外壳程序（close，dup2，pipe等）中运行的序列看起来像一个函数（带有所需进程的名称和参数）。请注意，直到exec每个调用之前，shell的分支副本都在运行。

编辑：

帕特里克：

Also, is my thinking correct? Shall it work like that? (pseudocode): 
start_fork(ls) -> end_fork(ls) -> start_fork(tr) -> end_fork(tr) -> 
start_fork(tr) -> end_fork(tr)

我不确定start_fork和end_fork是什么意思。您是否暗示开始ls之前要完成tr？这并不是上面的图真正的意思。您的外壳程序将ls在启动之前不等待完成tr。它开始的所有过程的按顺序配管，设置stdin和stdout为每一个，以使工艺连接在一起，stdout的ls到stdin的tr;
stdout的tr到stdin了下tr。这就是dup2调用正在执行的操作。

进程的运行顺序由操作系统（调度程序）确定，但很显然，如果进程正在tr运行并从空读取，stdin则必须等待（阻塞），直到前一个进程向管道中写入内容为止。甚至有ls可能tr从它的读取之前就完成了stdin，但是也有可能不会完成。例如，如果链中的第一个命令是连续运行的并且一直沿途产生输出，那么无论第一个命令沿管道发送什么，管道中的第二个命令都会不定期地进行处理。

希望能使事情澄清一些:-)