Linux shell多管道的C语言实现

在 Linux 中，多管道可以使用 pipe() 系统调用实现，具体实现步骤如下：

1. 创建多个管道

int fd[2][2];  // fd[i][0] 代表第 i 个管道的读端，fd[i][1] 代表第 i 个管道的写端
for (int i = 0; i < n; i++) {
    if (pipe(fd[i]) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

2. fork 出多个子进程，并将它们的标准输入、标准输出连接到管道中

int pid;
for (int i = 0; i < n; i++) {
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else if (pid == 0) {  // 子进程
        if (i == 0) {  // 第一个子进程
            dup2(fd[i][1], STDOUT_FILENO);  // 将标准输出连接到 fd[i][1] 上
            close(fd[i][0]);  // 关闭其它管道
            for (int j = 1; j < n; j++) {
                close(fd[j][0]);
                close(fd[j][1]);
            }
        } else if (i == n - 1) {  // 最后一个子进程
            dup2(fd[i-1][0], STDIN_FILENO);  // 将标准输入连接到 fd[i-1][0] 上
            close(fd[i][0]);  // 关闭其它管道
            for (int j = 0; j < n - 1; j++) {
                close(fd[j][0]);
                close(fd[j][1]);
            }
        } else {  // 中间的子进程
            dup2(fd[i-1][0], STDIN_FILENO);  // 将标准输入连接到 fd[i-1][0] 上
            dup2(fd[i][1], STDOUT_FILENO);  // 将标准输出连接到 fd[i][1] 上
            for (int j = 0; j < n; j++) {
                if (j != i - 1 && j != i) {
                    close(fd[j][0]);
                    close(fd[j][1]);
                }
            }
        }
        execlp(cmd[i][0], cmd[i], NULL);  // 执行命令
        perror("execlp");  // execlp 函数不返回，如果返回则说明出错了
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else {
        // 父进程
        if (i == 0) {
            close(fd[i][1]);  // 关闭写端
        } else if (i == n - 1) {
            close(fd[i-1][0]);  // 关闭读端
        } else {
            close(fd[i-1][0]);
            close(fd[i][1]);
        }
    }
}

3. 等待子进程结束

for (int i = 0; i < n; i++) {
    wait(NULL);
}

完整的代码实现如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    char *cmd[3][3] = {
        {"ls", "-al", NULL},
        {"grep", "test", NULL},
        {"wc", "-l", NULL}
    };
    int n = 3;  // 管道数量

    int fd[2][2];  // fd[i][0] 代表第 i 个管道的读端，fd[i][1] 代表第 i 个管道的写端
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        if (pipe(fd[i]) == -1) {
            perror("pipe");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }

    int pid;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        pid = fork();
        if (pid == -1) {
            perror("fork");
            exit(EXIT_FAILURE);
        } else if (pid == 0) {
            if (i == 0) {
                dup2(fd[i][1], STDOUT_FILENO);
                close(fd[i][0]);
                for (int j = 1; j < n; j++) {
                    close(fd[j][0]);
                    close(fd[j][1]);
                }
            } else if (i == n - 1) {
                dup2(fd[i-1][0], STDIN_FILENO);
                close(fd[i][0]);
                for (int j = 0; j < n - 1; j++) {
                    close(fd[j][0]);
                    close(fd[j][1]);
                }
            } else {
                dup2(fd[i-1][0], STDIN_FILENO);
                dup2(fd[i][1], STDOUT_FILENO);
                for (int j = 0; j < n; j++) {
                    if (j != i - 1 && j != i) {
                        close(fd[j][0]);
                        close(fd[j][1]);
                    }
                }
            }
            execlp(cmd[i][0], cmd[i], NULL);
            perror("execlp");
            exit(EXIT_FAILURE);
        } else {
            if (i == 0) {
                close(fd[i][1]);
            } else if (i == n - 1) {
                close(fd[i-1][0]);
            } else {
                close(fd[i-1][0]);
                close(fd[i][1]);
            }
        }
    }

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        wait(NULL);
    }

    return 0;
}