进程间通信之协同进程

UNIX系统过滤程序从标准输入读取数据，对其进行适当处理后写到标准输出。几个过滤程序通常在shell管道命令行中线性地连接。当一个程序产生某个过滤程序的输入，同时又读取该过滤程序的输出时，则该过滤程序就成为协同进程（coprocess）。

Korn shell提供了协同进程。Bourne shell、Bourne-again shell和C shell并没有提供按协同进程方式将进程连接起来的方法。协同进程通常在shell的后台运行，其标准输入和标准输出通过管道连接到另一个程序。

popen只提供连接到另一个进程的标准输入或标准输出的一个单向管道，而对于协同进程，则它有连接到另一个进程的两个单向管道——一个接到其标准输入，另一个则来自其标准输出。我们先要将数据写到其标准输入，经其处理后，再从其标准输出读取数据。

实例

进程线创建两个管道：一个是协同进程的标准输入，另一个是协同进程的标准输出。图15-8显示了这种安排。

                 图15-8 写协同进程的标准输入，读它的标准输出

程序清单15-8程序是一个简单的协同进程，它从其标准输入读两个数，计算它们的和，然后将结果写至标准输出。

程序清单15-8 对两个数求和的简单过滤程序

#include "apue.h"

int
main(void)
{
    int     n, int1, int2;
    char    line[MAXLINE];

    while((n = read(STDIN_FILENO, line, MAXLINE)) > 0)
    {
        line[n] = 0;    /* null terminate */
        if(sscanf(line, "%d%d", &int1, &int2) == 2)
        {
            sprintf(line, "%d
", int1 + int2);
            n = strlen(line);
            if(write(STDOUT_FILENO, line, n) != n)
                err_sys("write error");
        }
        else
        {
            if(write(STDOUT_FILENO, "invalid args
", 13) != 13)
                err_sys("write error");
        }
    }
    exit(0);
}

对此程序进行编译，将其可执行目标代码存入名为add2的文件。

程序清单15-9从其标准输入读入两个数之后调用add2协同进程，并将协同进程送来的值写到其标准输出。

程序清单15-9 驱动add2过滤程序的程序

#include "apue.h"

static void sig_pipe(int);    /* our signal handler */

int
main(void)
{
    int      n, fd1[2], fd2[2];
    pid_t    pid;
    char     line[MAXLINE];

    if(signal(SIGPIPE, sig_pipe) == SIG_ERR)
        err_sys("signal error");

    if(pipe(fd1) < 0  || pipe(fd2) < 0)
        err_sys("pipe error");

    if((pid = fork()) < 0)
    {
        err_sys("fork error");
    }
    else if(pid > 0)    /* parent */
    {
        close(fd1[0]);
        close(fd2[1]);
        while(fgets(line, MAXLINE, stdin) != NULL)
        {
            n = strlen(line);
            if((m = write(fd1[1], line, n)) != n);   /* 无论这里的if条件是真是假都执行err_sys（“write error to pipe”）；不知为何 */
            {
                err_sys("write error to pipe");
            }
            if((n = read(fd2[0], line, MAXLINE)) < 0)
                err_sys("read error from pipe");
            if(n == 0)
            {
                err_msg("child closed pipe");
                break;
            }
            line[n] = 0;    /* null terminate */
            if(fputs(line, stdout) == EOF)
                err_sys("fputs error");
        }
        
        if(ferror(stdin))
            err_sys("fgets error on stdin");
        exit(0);
    }
    else    /* child */
    {
        close(fd1[1]);
        close(fd2[0]);
        if(fd1[0] != STDIN_FILENO)
        {
            if(dup2(fd1[0], STDIN_FILENO) != STDIN_FILENO)
                err_sys("dup2 error to stdin");
            close(fd1[0]);
        }

        if(fd2[1] != STDOUT_FILENO)
        {
            if(dup2(fd2[1], STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO)
                err_sys("dup2 error to stdout");
            close(fd2[1]);
        }
        if(execl("./add2", "add2", (char *)0) < 0)
            err_sys("execl error");
    }
    exit(0);
}

static void
sig_pipe(int signo)
{
    printf("SIGPIPE caught
");
    exit(1);
}

在程序中创建了两个管道，父、子进程各自关闭它们不需要使用的端口。两个管道一个用作协同进程的标准输入，另一个则用作它的标准输出。子进程调用dup2使管道描述符移至其标准输入和标准输出，然后调用execl。

实例

在协同进程add2中，有意地使用了read和writeI/O（UNIX系统调用）。如果使用标准I/O改写该协同进程，其后果是什么呢？程序清单15-10为改写后的版本。

程序清单15-10 对两个数求和的过滤程序，使用标准I/O

#include "apue.h"

int
main(void)
{
    int      int1, int2;
    char     line[MAXLINE];

    while(fgets(line, MAXLINE, stdin) != NULL)
    {    
        if(sscanf(line, "%d%d", &int1, &int2) == 2)
        {
            if(printf("%d
", int1 + int2) == EOF)
                err_sys("printf error");
        }
        else
        {
            if(printf("invalid args
") == EOF)
                err_sys("printf error");
        }
    }
    exit(0);
}

若程序清单15-9调用此新的协同进程，则它不再工作。问题出在系统默认的标准I/O缓冲机制上（见http://www.cnblogs.com/nufangrensheng/p/3505307.html）。当调用程序清单15-10所示程序时，对标准输入的第一个fgets引起标准I/O库分配一个缓冲区，并选择缓冲区的类型。因为标准输入是个管道，所以标准I/O库由系统默认是全缓冲的。对标准输出也做同样的处理。当add2从其标准输入读取而发生阻塞时，程序清单15-9程序从管道读时也发生阻塞，于是产生了死锁。

为此，更改将要运行的协同进程的缓冲类型，在程序清单15-10中的while循环之前加上下面4行：

if(setvbuf(stdin, NULL, _IOLBF, 0) != 0)
    err_sys("setvbuf error");
if(setvbuf(stdout, NULL, _IOLBF, 0) != 0)
    err_sys("setvbuf error");

这些代码行使得当有一行可用时，fgets就返回，并使得当输出一换行符时，printf立即执行fflush操作。

本篇博文内容摘自《UNIX环境高级编程》（第二版），仅作个人学习记录所用。关于本书可参考：http://www.apuebook.com/。