對shell有一定了解的人都知道，管道和重定向是 Linux 中非常實(shí)用的 IPC 機(jī)制。

在shell中，我們通常使用符合‘|’來表示管道，符號(hào)‘>’和‘<’表示重定向。

那么管道和重定向的真實(shí)含義（定義）又是什么呢？

管道

管道的定義

管道就是一個(gè)進(jìn)程與另一個(gè)進(jìn)程之間通信的通道，它通常是用作把一個(gè)進(jìn)程的輸出通過管道連接到另一個(gè)進(jìn)程的輸入。

它是半雙工運(yùn)作的，想要同時(shí)雙向傳輸需要使用兩個(gè)管道。

管道又可以分為匿名管道和命名管道，而shell中使用到的是匿名管道，所以本文僅描述匿名管道。

例如命令ls | grep main.c，使用了管道來連接了兩條命令來執(zhí)行，能夠快速地讓我們知道當(dāng)前目錄下是否有 main.c 文件。

管道的本質(zhì)是內(nèi)存中的緩沖區(qū)，可以看作是打開到內(nèi)存中的文件。

所以需要使用兩個(gè)文件描述符來索引它，一個(gè)表示讀端，一個(gè)表示寫端。

并且規(guī)定，數(shù)據(jù)只能從讀端讀取、只能往寫端寫入。

創(chuàng)建管道

使用函數(shù)pipe()可以創(chuàng)建匿名管道，需要包含頭文件 unistd.h，示例代碼： 

int fd[2];  
pipe(fd); 

首先創(chuàng)建一個(gè) 2 個(gè)元素的整型數(shù)組，然后將該數(shù)組作為pipe()的參數(shù)，pipe()執(zhí)行成功后，數(shù)組元素 fd[0]的值就會(huì)變成所創(chuàng)建的管道的讀端的文件描述符，fd[1]就會(huì)變成寫端的文件描述符。

至此管道就算創(chuàng)建成功了。

把管道作為標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出

管道創(chuàng)建成功后，就可以直接使用 read()和 write()函數(shù)對管道進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。

而因?yàn)閟hell中都是使用標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出對管道進(jìn)行讀寫的，例如ls | grep main.c就是將 ls 的標(biāo)準(zhǔn)輸出寫到了管道寫端，而 grep 的標(biāo)準(zhǔn)輸入則從管道讀端讀取，所以本文也只描述此方法。

示例代碼如下： 

int fd[2];  
pipe(fd);  
pid=fork();  
if(0==pid) //execute next command in child process  
{  
 dup2(fd[0],0);//redirect standard input to pipe(read)  
 close(fd[0]);  
 close(fd[1]);  
 if(0!=execvp(cmd0[0],cmd0))  
  printf("No such command!\n");  
 exit(EXIT_SUCCESS);  
}  
else //execute current command in current process   
{  
 dup2(fd[1],1);//redirect standard output to pipe(write)  
 close(fd[0]);  
 close(fd[1]);  
 if(0!=execvp(cmd1[0],cmd1))  
  printf("No such command!\n");  
 exit(EXIT_SUCCESS);  
} 

•  首先是創(chuàng)建一個(gè)管道，然后創(chuàng)建子進(jìn)程，子進(jìn)程會(huì)繼承這一個(gè)管道，也就保證了父進(jìn)程與子進(jìn)程操作的是同一個(gè)管道（管道的繼承與普通變量不同）。
•  如果我們希望在子進(jìn)程中執(zhí)行管道的讀端的程序例如ls | grep main.c中的grep main.c；在父進(jìn)程中執(zhí)行管道的寫端的程序，例如ls | grep main.c中的ls。
•  在子進(jìn)程中，先調(diào)用dup2(fd[0],0);此函數(shù)就是將標(biāo)準(zhǔn)輸入的文件描述符 0,指向了管道的讀端。

文件描述符，本質(zhì)是非負(fù)整數(shù)，通常是小整數(shù)；它是一個(gè)索引，通過該索引可以找到對應(yīng)的文件。

例如，標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出、標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤的文件描述符默認(rèn)是 0、1、2 。當(dāng)進(jìn)程需要從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)通過 0 索引找到標(biāo)準(zhǔn)輸入所對應(yīng)的內(nèi)存緩沖區(qū)來讀取數(shù)據(jù)。

•  假設(shè)此時(shí)管道讀端的文件描述符為 3、寫端文件描述符為 4 。
•  調(diào)用dup2(fd[0],0)，實(shí)際上就是將文件描述符 3 指向的文件表項(xiàng)賦值給了文件描述符 0，而文件描述符 0 正是進(jìn)程默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)輸入。
•  所以此時(shí)，當(dāng)進(jìn)程需要從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)程就會(huì)通過文件描述符 0 來找到管道讀端所對應(yīng)內(nèi)存緩沖區(qū)。
•  從而實(shí)現(xiàn)了通過標(biāo)準(zhǔn)輸入來讀取管道的數(shù)據(jù)，也可以說是，將管道的讀端重定向到了標(biāo)準(zhǔn)輸入。管道的寫端與標(biāo)準(zhǔn)輸入的關(guān)系也與此類似，此處不再贅述。

•  調(diào)用dup2(fd[0],0)之后還需要調(diào)用close()函數(shù)將管道原有的文件描述符關(guān)閉，關(guān)閉的意思是文件描述符 3 和 4 不再索引到管道或者其他文件，也就是說此時(shí)使用 read 函數(shù)從文件描述符 3 中是讀取不到管道的數(shù)據(jù)的了，并不是說關(guān)閉管道的意思。
•  完成管道的設(shè)置之后，就可以通過 exec 族函數(shù)來執(zhí)行外部命令了。

需要注意的是，調(diào)用 exec 族函數(shù)并不會(huì)把管道這種 IPC 資源覆蓋或者重新初始化。文件重定向

文件重定向

其實(shí)與上面管道重定向到標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出很類似，甚至可以直接采用上面所說的方法來實(shí)現(xiàn)。但是此處將講述一種更加簡潔的方法實(shí)現(xiàn)。

實(shí)例代碼如下： 

char fileName[20]="out.txt";  
freopen(fileName,"w",stdout);//redirect stdout to fileName 

以上兩行簡單的代碼就實(shí)現(xiàn)了，將該進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向到了文件 out.txt ，甚至一行就可以實(shí)現(xiàn)。

執(zhí)行以上代碼后，當(dāng)前進(jìn)程的所有標(biāo)準(zhǔn)輸出，也就是 printf()之類的輸出全都會(huì)被寫到文件 out.txt，顯示屏將不會(huì)有輸出。

而將進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸入重定向到文件 in.txt 的代碼如下： 

char fileName[20]="in.txt";  
freopen(fileName,"r",stdin);//redirect stdin to fileName 

其中的核心函數(shù)就是freopen()：