管道和xargs命令

港控/mmm° 2022-10-02 05:49 203阅读 0赞

**1. stdin，stdout，stderr**

对于新生成的任何进程来讲，都可以使用stdin，stdout，stderr这些文件指针来访问标准输入，标准输出，错误文件。他们的类型都是FILE \*，属于c运行库的类型。而内核则使用文件描述符来代表文件。STDIN\_FILENO，STDOUT\_FILENO，STDERR\_FILENO分别被定义为0，1，2。

Dup2( srcfd , destfd )的作用为将srcfd文件描述符复制一份，并且让destfd代表复制后的文件描述符。这样srcfd，destfd指向共同的file table entry，并拥有共同的inode。调用该函数时，destfd除了可以是普通的文件描述符之外，还可以是STDIN\_FILENO，STDOUT\_FILENO，STDERR\_FILENO的任意一个。这就位管道命令提供了很好的支持。

注：调用 dup2 时，如果 destfd 已经是一个有效的文件描述符，那么将首先关闭 destfd （调用 close 函数）

**2. fork**

fork函数可以生成子进程，并且子进程共享父进程的所有的文件描述符，数据，heap，stack。Child其实是parent的一份clone。事实上linux就是利用clone实现的fork。

把fork和dup2，pipe结合起来，就可以实现shell中支持的管道|了。

\[1\] 父进程首先调用pipe，返回fd0（用来从管道读数据），fd1（用来象管道写数据）

\[2\] 父进程调用fork生成子进程，此时子进程也共享到了父进程的fd0，fd1

\[3\] 子进程调用dup2( fd0 , STDIN\_FILENO)，这样就导致了子进程从stdin读取数据时，实际是从管道读取数据

\[4\] 子进程调用exec系列函数，执行相应的程序

\[5\] 父进程通过fd1向管道写数据

\[6\] 子进程通过stdin读取父进程向管道写入的数据。

其实，这就是shell执行管道的基本流程。

**3. Unix哲学**

一般的控制台程序都是从stdin读取参数或需要处理的数据，并把结果输出到stdout中。而unix的哲学是：

\[1\] Rule of Modularity: Write simple parts connected by clean interfaces

\[2\] Rule of Composition: Design programs to be connected to other programs

\[3\] Rule of Clarity: Clarity is better than cleverness

\[4\] Rule of Simplicity: Design for simplicity; add complexity only where you must

\[5\] Rule of Transparency: Design for visibility to make inspection and debugging easier

\[6\] Rule of Robustness: Robustness is the child of transparency and simplicity

\[7\] Rule of Least Surprise: In interface design, always do the least surprising thing

\[8\] Rule of Repair: When you must fail, fail noisily and as soon as possible

\[9\] Rule of Economy: Programmer time is expensive; conserve it in preference to machine time

\[10\] Rule of Generation: Avoid hand-hacking; write programs to write programs when you can

\[11\] Rule of Representation: Use smart data so program logic can be stupid and robust

\[12\] Rule of Separation: Separate policy from mechanism; separate interfaces from engines

\[13\] Rule of Optimization: Prototype before polishing. Get it working before you optimize it

\[14\] Rule of Diversity: Distrust all claims for “one true way”

\[15\] Rule of Extensibility: Design for the future, because it will be here sooner than you think

基于这些哲学，就导致了unix系统中有很多小的工具，每个工具的功能都很单一，并且这些工具可以任意组合，完成复杂的功能。比如find，grep，awk，xargs等等的组合。

这些功能组合是通过管道|来完成的，即前一个程序的输出，作为下一个程序的输入。

我们看看grep的命令行参数：

Usage: grep \[OPTION\]... PATTERN \[FILE\] ...

Search for PATTERN in  each FILE or standard input.

Example: grep -i 'hello world' menu.h main.c

我们可以看到，grep可以从多个文件中搜索字符串，并且也可以从stdin读取字符串并搜索。上例中，就是从menu.h main.c中搜索hello world。如果输入grep –i ‘hello’，并回车，然后grep将等待用户输入一行数据，并在该行数据中搜索hello，如果找到的话，就会输出该字符串。

$grep –i ‘hello’

Abcdefg

Hi hello

Stop

其中蓝色的字符为用户输入的字符，红色的为grep找到匹配的字符串后，输出的字符。

我们可以猜到grep的实现，如果命令行的最后有一个文件名，或多个文件名，或路径的话，将从这些文件中读取内容，并匹配regex。否则的话，将从stdin读取数据，并匹配regex。

联系到上面所讲的pipe，fork，dup2函数，我们可以看到，这就是shell的基本执行过程。需要注意的是， grep 必须支持从 stdin 读取数据，否则管道就不能够实现了。当然，想支持管道操作的程序必须遵守这个规则。

**4. Xargs**

假设有这样一个需求，我们需要从整个文件系统中搜索字符串hello，我们写了如下的shell：

$grep –i ‘hello’ /\*/\*

这将导致命令行参数太多。而每个系统对于参数列表的大小都有限制。比如ARG\_MAX一般至少定义为4096 bytes。如果超过了ARG\_MAX，将产生shell错误：

Argument list too lang

为了避免这个问题可以使用xargs命令。他的格式为：

xargs \[opt\] \[  command \[initial-arguments\] \]

其中opt是xargs本身的命令行参数。

他的作用为，build and execute command lines from standard input。他从stdin读取由空格分割的字符串(假设为arg0，arg1，… argN)，并执行 command \[initial-arguments\] arg0 arg1 …argN ，如果参数太多的话， xargs 保证参数大小在不超过系统限制的 ARG\_MAX bytes 大小的前提下，一次或多次执行 command \[initial-arguments\] 命令。比如执行了如下命令：

$find / -name ‘\*.h’ | xargs grep –i ‘stdin’ | less

假设执行两次，第一次为 grep –i ‘stdin’ a1.h a2.h … a3000.h | less

第二次为 grep –i ‘stdin’ a3001.h a3002.h … a4000.h | less

该命令的实际执行情况为：（推测）

Shell 执行 find ， xargs 和 less 程序。 xargs 顺序执行了两次 grep 程序。

xargs从find的结果读取数据是很普通的，不需要额外的解释。

xargs同less的数据传递看起来有些麻烦，其实也挺简单的。 xargs 从 stdin 读取管道的数据，并按照 ARG\_MAX 为界限进行分割，执行 fork 和 execv(“grep”) 一次或多次就可以了。因为 grep 使用普通的 printf 来输出结果，而这样的结果正好作为 less 的输入。因为 xargs 和 grep 虽然存在父子关系，但是他们的 stdout 是同一个 stdout 。对于 less 程序来讲， grep 的输出和 xargs 的输出是没有区别的。

注意：

\[1\] XXX | grep –i ‘hello’

\[2\] XXX | xargs grep –i ‘hello’

\[1\] 的情况下， grep 将通过管道读取 XXXX 的输出结果，并在该结果中搜索 hello 。

\[2\] 的情况下， xargs 将通过管道读取 XXXX 的输出结果，并将该结果作为 grep 的最后的 FILE 参数，和 grep –i ‘hello’ 组合成完整的命令（如  grep –i ‘hello’ stdio.h stdlib.h ）后，执行该命令。 grep 从 stdio.h stdlib.h 文件中搜索 hello 。

两者对于管道的输出作不同的处理，前者是 grep 直接从 stdin 中读取管道数据，并搜索。后者是 xargs （他的命令行选项为  grep –i ‘hello’ ） 直接从 stdin 中读取管道数据，并和 grep –i ‘hello’ 组合，然后调用 exec 执行该命令。这种不同是体现在 grep 和 xargs 对读取管道数据后采取的不同处理，和管道本身的机制没有关系。

转自：[http://blog.csdn.net/peteryxk/article/details/1622491][http_blog.csdn.net_peteryxk_article_details_1622491]

[http_blog.csdn.net_peteryxk_article_details_1622491]: http://blog.csdn.net/peteryxk/article/details/1622491