[程設] Linux C 的file descriptor以及pipe操作相關筆記（上）

這篇主要是在紀錄一些pipe操作時的注意事項

作業一的內容是實做一個遠端操作的shell，可以利用telnet登入之後進行基本的shell指令操作（執行命令，pipe操作，重新導向），這篇筆記著重在pipe操作的部份

先簡單的描述一下fd_table的觀念，不過這些是我自己的理解，我不敢保證一定正確。

在Unix-like下，會盡量把裝置視為一個檔案，也就是說，所有對該裝置的讀取與寫入都可以視為對檔案進行讀取與寫入，而每個檔案都會有一個編號，也就是file descriptor，程式在讀取與寫入時指明目標file descriptor後，即可對該檔案進行所需要的操作。 每個程式執行時，Linux核心會自動提供一個file descriptor的table，負責紀錄這些檔案操作的紀錄，一般程式執行時，預設會開啟三個檔案，stdin,stdout,stderr，程式的標準輸入輸出(scanf / printf cin cout之類的)，實際上就是對stdin,stdout進行讀取與寫入。當你在開檔的時候，程式會在file descriptor上面紀錄所需的資料後，將該筆資料的編號回傳給你，以後就可以對這個編號進行讀取或寫入。而pipe也是如此，呼叫pipe指令時，Linux核心內會建立一個緩衝區，並在file descriptor table 中開啟兩個新的號碼，在這之後就可以利用這兩個號碼對資料進行讀取與寫入，寫入時會寫入到pipe裡的緩衝區，讀取時就是從緩衝區裡面取出資料，緩衝區的部份由Linux核心提供支援，程式撰寫者並不需要去煩惱該部份的運作。

以上段落可以簡化成幾個重點

1.每個程式都有一張表，紀錄許多檔案編號，以及該檔案編號對應的資料，此部份由Linux核心支援，使用者不需要(也沒辦法)去知道該部份的實際運作情形

2.開檔的時候實際上就是在這張表裡面新增一筆資料，在讀寫檔案的時候必須同時提供該筆資料的編號

3.每個程式預設開啟stdin,stdout,stderr這三個檔案，分別置放於這張表的第0,1,2位置

相關的指令有pipe（呼叫system call建立pipe之後回傳file descriptor編號），dup2（複製file desciptor），詳細用法可以google，網路上資料很多

將其他筆檔案描述資料複製到fd_table的第0~2個位置以後，就可以將標準輸入輸出從鍵盤螢幕改到該檔案描述資料上，(例如說：我開了一個檔案編號是3，那我將第三個位置複製到第0個位置之後，所有從鍵盤輸入的資料就會改從由該檔案讀取資料)，利用這個方法來完成shell裡面的資料重新導向，程序之間的溝通之類的玩意。

實做上必須注意以下幾個重點

1.有複製，就要有關閉，一個dup2搭一個close，保持file descriptor的單純性
（此為血淚經驗談，自己實做就知道…）

2.fork出去的程式，沒用到的file descriptor一定要記得關
舉例來說，本來shell主程式裡面有一個pipe，若是此時fork出子程序來exec指令，主程序下wait指令等待子程序執行完畢且主程序沒有關閉pipe，則主程序會卡住。因為當fork的時候，一個pipe實際上會變成兩個pipe，當指派子程序接收pipe資料的時候，如果還有其他pipe沒有關閉，則子程序會判定pipe資料流尚未結束，而繼續癡癡等待輸入，若是主程序有pipe沒關閉的話，結果就是主程序在等子程序結束，子程序又在等待主程序的pipe輸入資料，造成死結。