子进程和父进程之间通过管道进行交互双向通信

Question

我想创建一个子进程，将其标准输入和输出重定向到父进程，并与子进程进行交互。也就是说，父进程应该能够从子进程接收输入，处理它，并向子进程提供输出，这个循环不断重复（就像用户与shell进行交互一样，这实际上是最终目标：模拟用户交互）。

到目前为止，我已经成功地创建并重定向了管道（下面的代码只是从子进程通过用户在父进程中输入的方式回显输入）。问题是，我只能这样做一次，子进程在第一次I/O周期后终止，并且我会得到一个SIGPIPE信号。如何保持子进程处于活动状态，并使其在父进程写入时读取管道？

附言：我知道可以使用except来模拟用户交互，但我需要访问返回的数据以进行自定义分析，并且出于学术目的，我想这样做。

#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>
#include <limits.h>
#include <sys/types.h>
#include <cstdlib>


#define MAX_CMD_SIZE 256
#define MAX_BUFF_SIZE 512

#define NUM_PIPES 2
#define PARENT_READ_PIPE pipes[0]
#define PARENT_WRITE_PIPE pipes[1]

#define READ_END 0
#define WRITE_END 1

#define PARENT_READ_FD PARENT_READ_PIPE[READ_END]
#define PARENT_WRITE_FD PARENT_WRITE_PIPE[WRITE_END]

#define CHILD_READ_FD PARENT_WRITE_PIPE[READ_END]
#define CHILD_WRITE_FD PARENT_READ_PIPE[WRITE_END]

int pipes[NUM_PIPES][2];


int main()
{
    pipe(PARENT_READ_PIPE);
    pipe(PARENT_WRITE_PIPE);

    pid_t process_id = fork();

    if (process_id<0) //throw diag::DiagError("ERROR: error during fork()");
    {std::cerr<<"ERROR: error during fork()"; exit(1);}
    else if (process_id==0)
    {//CHILD process
        dup2(CHILD_READ_FD, STDIN_FILENO);
        dup2(CHILD_WRITE_FD, STDOUT_FILENO);

        close(CHILD_READ_FD);
        close(CHILD_WRITE_FD);
        close(PARENT_READ_FD);
        close(PARENT_WRITE_FD);

        char buffer[MAX_BUFF_SIZE];
        int count = read(STDIN_FILENO, buffer, MAX_BUFF_SIZE-1);
        if (count >= 0) 
        {
            buffer[count] = 0;
            printf("%s", buffer);
        } 
        else //{throw diag::DiagError("IO Error");}
        {std::cerr<<"ERROR: error during fork()"; exit(1);}
        exit(0);
    }
    else
    {//PARENT process
       close(CHILD_READ_FD);
        close(CHILD_WRITE_FD);

        char buffer[MAX_BUFF_SIZE];

        std::string temp="";

        while(std::getline(std::cin,temp))
        {
            write(PARENT_WRITE_FD, temp.c_str(), temp.size());

            //wait(&status);
            int count = read(PARENT_READ_FD, buffer, MAX_BUFF_SIZE-1);
            if (count >= 0) 
            {
                buffer[count] = 0;
                printf("%s", buffer);
            } 
            else //{throw diag::DiagError("IO Error");}
            {std::cerr<<"ERROR: error during fork()"; exit(1);}
        }  
    }
}

- Ramon

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抱歉，这段代码是从一个更大的程序中提取出来的...我做了一些修改，现在它可以编译和运行了。 - Ramon

C++和C是不同的编程语言。请不要将C++代码标记为C。 - too honest for this site

Answer 1

您的子进程在读取一次后退出：

    if (process_id<0) throw diag::DiagError("ERROR: error during fork()");
    else if (process_id==0)
    {//CHILD process
            .....
            exit(0); /* <-- here */
    }

当然，这会导致管道关闭，而你的父进程在试图写入不再读取的管道时会收到 SIGPIPE 信号。 你的父进程代码使用循环来读取/写入子进程 - 在你的子进程代码中也要做相似的事情 - 运行循环而不是退出。 你还可以使用一些特殊的字符串，在子进程中退出循环并终止。

此外，如果您想使用标准输入和输出进行读/写操作，则可以在使用 dup2 复制描述符并关闭正确的管道端点之后调用 exec()。在子进程中，您可以使用普通的 C++ 流，比如 std::cin 和 std::cout。当然，这需要将您的子进程代码重构为一个独立的程序。

- sirgeorge

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是的，我知道这就是为什么它现在失败的原因。如果我只是循环子进程的I/O部分（即 while(true) { /* read and output */ }），它不起作用 - 我看不到子进程的输出。父进程等待用户按下回车键，我怎样才能将类似的东西传递给子进程呢？当它只是循环并尝试从空管道中读取时，我不太确定子进程正在发生什么。也许检查管道是否为空，在这种情况下什么也不做？无论哪种情况，必须有一种方法只在父进程写入时才进行读取。也许可以使用信号？ - Ramon

你尝试过调试它吗？ - sirgeorge

是的，它缺少了一些调试，谢谢。我意识到我尝试做的事情在根本上有些问题。 - Ramon

Answer 2

poll和select家族监视文件描述符，并等待它们准备好进行I/O操作。

最终我使用伪终端进行双向通信，但它们也可以与管道一起使用。

- Ramon