进程间通信——重定向、描述符表

在命令行运行程序时，可以用“>"运算符把标准输出重定向到文件：

~/Desktop/Mc$ echo "hello world" > log.txt
~/Desktop/Mc$ tail -f log.txt
hello world

标准输入、标准输出、标准错误是三大默认数据流，除此之外还有其他形式的数据流，如文件连接和网络连接也属于数据流。数据流就是流动的数据，数据从一个进程流出，然后流入另一个进程。

重定向进程的输出，相当于改变进程发送数据的方向。如上面的例子，原本标准输出会把数据发送到屏幕，现在让它把数据发送到文件。

进程含有它正在运行的程序，还有栈和堆空间。除此之外，进程还需要记录数据流的连向，比如标准输出连到了哪里。这些记录记在哪里呢？答案就是描述符表。进程用文件描述符表示数据流，所谓的描述符其实就是一个数字。进程会把文件描述符和对应的数据流保存在描述符表中。

描述符表

＃	数据流
0	键盘
1	屏幕
2	屏幕
…	…

描述符表的一列是文件描述符号，另一列是它们对应的数据流。虽然名字叫文件描述符，但它们不一定连接硬盘上的某个文件，也可能连接键盘、屏幕、文件指针、网络。

描述符表的前三项是不会变的：0号标准输入、1号标准输出、2号标准错误。其他项要么为空，要么连接进程打开的数据流。比如程序在打开文件进行读写时，就会占用其中一项。描述符表的大小是从0到255号。

创建进程以后，标准输入连接到键盘，标准输出和标准错误连接到屏幕。它会保持这样的连接，直到有人把它们重定向到了其他地方。

重定向就是替换数据流

标准输入／输出／错误在描述符表中的位置是固定的，但它们指向的数据流是可以改变的。例如想重定向标准输出，只需要修改表中1号描述符对应的数据流就OK了。

＃	数据流
0	键盘
1	屏幕 log.txt
2	屏幕
…	…

所有向标准输出发送数据的函数会先查看描述符表，看1号描述符指向哪条数据流，然后再把数据写到这条数据流中，printf()函数就是这样。

进程可以重定向自己

在命令行中可以用“>“和”<"运算符重定向程序。进程也能重定向它们自己，只需修改描述符表。只需要两步就可以实现：

1.fileno()返回文件描述符号
每打开一个文件，操作系统都会在描述符表中新注册一项。假设我们打开了log.txt文件：

 FILE *my_file = fopen("log.txt","w");

操作系统会打开log.txt文件，然后返回一个指向它的指针，操作系统还会遍历描述符表找空项，把新文件注册在其中。

int descriptor = fileno(my_file);

在失败时不返回-1的函数很少，fileno()就是其中之一。只要你把打开文件的文件指针传给fileno()，它就一定会返回描述符编号。

2.dup2()复制数据流
每次打开文件都会使用描述符表中新的一项。但如果你想修改某个已经注册过的数据流，比如让1号文件描述符重新指向其他数据流，就可以用dup2()函数来实现，dup2()可以复制数据流，假设我们在3号文件描述符中注册了log.txt文件指针，下面代码就可以同时把文件指针连接到1号描述符：

dup2(3,1);

＃	数据流
0	键盘
1	屏幕 log.txt文件
2	屏幕
3	log.txt文件

虽然log.txt文件只有一个，与它相连的数据流也只有一个，但是数据流（FILE *）同时注册在文件描述符1和3中。所以标准输出都会被重定向到文件log.txt中。

我们看一个完整的实例：

#include 
#include 
#include 
#include 
int main(){
        FILE *my_file = fopen("log.txt","w");
        int descriptor = fileno(my_file);

        dup2(descriptor,1);

        printf("Hello world,I love you!\n");

        return 0;
}

编译运行：

~/Desktop/MyC$ gcc test4.c -o test4
~/Desktop/MyC$ ./test4
~/Desktop/MyC$ tail -f log.txt
Hello world,I love you!

用管道连接输入与输出，符号“｜”表示管道（pipe），它能连接一个进程的标准输出与另一个进程的标准输入。
如：

~/Desktop/MyC$ ls /usr/include | grep stdio
stdio_ext.h
stdio.h

ls程序的标准输出会连接到grep程序的标准输入。

谢谢阅读！