如果父级不调用 wait()，则同一父级的两个子级不使用管道进行通信

Posted 2023-02-16

【中文标题】如果父级不调用 wait()，则同一父级的两个子级不使用管道进行通信

【英文标题】：Two children of same parent are not communicating using pipe if parent do not call wait()

【发布时间】：2015-09-08 14:09:00

【问题描述】：

请看下面的代码：

#include<stdio.h>

main()
        int pid, fds[2], pid1;
        char buf[200];
        pipe(fds);
        pid = fork();

        if(pid==0)
        
                close(fds[0]);
                scanf("%s", &buf);
                write(fds[1], buf, sizeof(buf)+1);
        
        else
        
                pid1 = fork();

                if(pid1==0)
                
                        close(fds[1]);
                        read(fds[0], buf, sizeof(buf)+1);
                        printf("%s\n", buf);
                
                else
                
       Line1:              wait();
                
        

如果我不注释掉 Line1，它工作正常。请看下面：

hduser@pc4:~/codes/c/os$ ./a.out
hello //*Entry from keyboard*
hello //Output
hduser@pc4:~/codes/c/os$ 

但是如果我注释掉Line1，两个子进程没有通信：

hduser@pc4:~/codes/c/os$ ./a.out
hduser@pc4:~/codes/c/os$ 
hi //*Entry from keyboard*
hi: command not found
hduser@pc4:~/codes/c/os$

这里我无法理解 wait() 的意义。

【问题讨论】：

read(fds[0], buf, sizeof(buf)+1); 是未定义的行为。它将 201 个字节读入一个 200 字节的数组中。

调试的第一步是测试每个系统调用以查看失败的原因。写入标准错误。我也会写进度报告。你应该用半现代的 C（至少 C99）编写；这需要<unistd.h> 和main() 的正确声明。

首先，'pid' 被定义为在 unistd.h 头文件中定义的 'pid_t'，发布的代码丢失了。

这两行：scanf("%s", &buf); write(fds[1], buf, sizeof(buf)+1); 有几个问题： 1) 始终检查 scanf() 的返回值（不是参数值）以确保操作成功。 2) 使用 %s 输入/格式参数时，始终包含一个长度修饰符 (sizeof(buf)-1)，这样用户就不会溢出缓冲区。 3) 要发送的字节数永远不会比缓冲区长（通常更短）建议：`write(fds[1], buf, strlen(buf)+1);'

发布的代码存在严重的逻辑问题。 fork() 函数可以返回 3 种值：发生错误时为 -1，在子进程中执行时为 0，在父进程中执行时为某个正数。发布的代码未能检查对 fork() 的调用的错误情况

【参考方案1】：

这里发生的是父进程在子进程完成之前完成执行。导致孩子无法使用终端。

让我们仔细看看这一切。

wait() 是做什么的？

wait() 系统调用暂停调用进程的执行，直到 它的一个孩子终止了。

你的程序是这样的

您的 main Process 派生了 2 个子进程。第一个写入管道，而另一个从管道读取。这一切都是在main process 继续执行时发生的。

当主进程执行它的代码时会发生什么？它终止。当它终止时，它放弃对终端的控制。这会导致孩子无法访问终端。

这就解释了为什么你会得到command not found——你输入的不是你程序的stdin，而是shell提示符本身。

---

您的代码也存在一些其他问题，

1) 在这部分代码中，

            scanf("%s", &buf);

这是错误的。你很不幸，没有遇到分段错误。由于buf 已经是一个地址，这应该是

            scanf("%s", buf);

2) 注意这一点，

            read(fds[0], buf, sizeof(buf)+1);

正如 cmets 部分所指出的，这是未定义的行为。您正在尝试读取更多数据并将其存储在较小的内存空间中。这 应该是，

            read(fds[0], buf, sizeof(buf));

3) 致电wait()。你已经创建了两个子进程，你应该等待它们都完成，所以你应该调用wait()两次。

【参考方案2】：

在修复了代码中的一些错误之后，我想出了一个半仪表化版本的程序，如下所示：

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

int main(void)

    int pid, fds[2], pid1;
    char buf[200];
    pipe(fds);
    pid = fork();

    if (pid == 0)
    
        close(fds[0]);
        printf("Prompt: "); fflush(0);
        if (scanf("%199s", buf) != 1)
            fprintf(stderr, "scanf() failed\n");
        else
            write(fds[1], buf, strlen(buf) + 1);
    
    else
    
        pid1 = fork();

        if (pid1 == 0)
        
            close(fds[1]);
            if (read(fds[0], buf, sizeof(buf)) > 0)
                printf("%s\n", buf);
            else
                fprintf(stderr, "read() failed\n");
        
        else
        
/*Line1:              wait();*/
        
    
    return 0;

在严格的选项下编译干净（Mac OS X 10.10.5 上的 GCC 5.1.0）：

gcc -O3 -g -std=c11 -Wall -Wextra -Werror p11.c -o p11 

当我运行它时，输出是：

$ ./p11
Prompt: scanf() failed
read() failed
$ 

问题很明确； scanf() 失败。问题：为什么？

wait() 版本需要一个额外的标头#include <sys/wait.h> 和正确的调用顺序。我使用了以下段落：

        else
        
            printf("Kids are %d and %d\n", pid, pid1);
            int status;
            int corpse = wait(&status);
            printf("Parent gets PID %d status 0x%.4X\n", corpse, status);
        

编译运行后，现在的输出是：

$ ./p11
Kids are 20461 and 20462
Prompt: Albatross
Albatross
Parent gets PID 20461 status 0x0000
$

那么，问题就变成了：当父进程不等待时，子进程的标准输入是如何或为什么关闭的？造成严重破坏的是 Bash 进行了一些工作控制。

我再次升级了程序，使用int main(int argc, char **argv) 并测试该命令是否传递了任何参数：

        else if (argc > 1 && argv != 0) // Avoid compilation warning for unused argv
        
            printf("Kids are %d and %d\n", pid, pid1);
            int status;
            int corpse = wait(&status);
            printf("Parent gets PID %d status 0x%.4X\n", corpse, status);
        

我有一个传家宝贝壳，它接近原始的伯恩贝壳。我在它下面运行了程序，它的行为和我预期的一样：

$ ./p11
Prompt: $ Albatross
Albatross

$ ./p11 1
Kids are 20483 and 20484
Prompt: Albatross
Albatross
Parent gets PID 20483 status 0x0000
$

注意第一次运行时Prompt: 后面的$；那是 shell 提示符，但是当我输入 Albatross 时，它（幸运的是）被 p11 进程的子进程读取。这不能保证；它可能是读取输入的外壳。在第二次运行中，我们看到了父母的输出，然后是孩子在工作，然后是父母退出消息。

因此，在经典 shell 下，您的代码将按预期工作。 Bash 以某种方式干扰了子进程的正常运行。 Korn shell 的行为类似于 Bash。 C shell (tcsh) 也是如此。尝试dash，我得到了有趣的行为（3 次运行）：

$ ./p11
Prompt: $ Albatross
scanf() failed
read() failed
dash: 2: Albatross: not found
$ ./p11
Prompt: $ Albatross
scanf() failed
dash: 4: Albatross: not found
$ read() failed

$ ./p11
Prompt: scanf() failed
$ read() failed

$ 

请注意，前两次运行显示dash 正在读取输入，但孩子们直到我在输入信天翁后按回车后才发现问题。上次，孩子们在我打字之前就发现了问题。

而且，回到 Bash，重定向标准输入“正常”工作：

$ ./p11 <<< Albatross
Prompt: Albatross
$ ./p11 1 <<< Albatross
Kids are 20555 and 20556
Prompt: Albatross
Parent gets PID 20555 status 0x0000
$

Albatross 的输出当然来自第二个孩子。

答案将潜伏在作业控制外壳的某个行为中，但这足以让我想回到之前的生活。