パイプの動作について

現在、パイプについて学習を行っております。
以下のコードの中で理解が不十分な箇所がありますので教えていただけないでしょうか。

不明点
このコードの大まかな流れは以下のようになっていると認識しています。

・fork()によって子プロセスを生成

親プロセス
・テキストファイルを開く
・テキストファイルに文字列が記入されているか確認(一行ごと確認する)&buff[]へ文字列を格納
・pipefd[1]へ文字を書き込む

子プロセス
・pipefd[0]に文字列があるか確認
・コンソールにbuff[]に格納されている文字を出力

踏まえての以下質問になります。

1.pipefd[1]に文字が書き込まれるとpipefd[0]に文字格納されるのか？
※パイプの概念がそのような仕様だったのでそう思いました。

2.親プロセスと子プロセスは同時に動いているように認識しています。
そのため、子プロセスの処理実行時にはpipefd[0]には何も格納されておらず、ループから抜けてしまうのではないかと思っております。

また、上記以外にも細かいところですが
・write関数の第三引数のstrlen(buff) + 1の意味
・それぞれのプロセスで使用しないpipe配列をcloseしている意味
・親プロセス末尾のwait関数の意味
などがわかっていないので併せて教えていただけると幸いです。

なお、このコードで使用するテキストファイル以下のテキストになります。
sample.txtの内容が出力されることは確認しております。

sample.txt

Hello

bye

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define BUFF_SIZE 1024

int main(int argc, char **argv)
{
  int         pipefd[2];
  int         p_id;
  int         status;
  FILE        *fp;
  char        buff[BUFF_SIZE];

  if (argc != 2) {
    fprintf(stderr, "main : 実行時引数の数が不当です\n");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  if (pipe(pipefd) == -1) {
    perror("main ");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  if ((p_id = fork()) == -1) {
    perror("main");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  if (p_id == 0) {
    /* 子プロセス */
    /* 使用しないwrite側はクローズ */
    close(pipefd[1]);
    /* パイプから読み込む */
    while (read(pipefd[0], &buff, BUFF_SIZE) > 0) {
      fputs(buff, stdout);
    }
    close(pipefd[0]);
  }
 else {
    /* 親プロセス */
    /* 使用しないread側はクローズ */
    close(pipefd[0]);

    if ((fp = fopen(*(argv + 1), "r")) != NULL) {
      while(fgets(buff, BUFF_SIZE, fp) != NULL) {
        /* パイプに書き込む */
      write(pipefd[1], buff, strlen(buff) + 1);
      }

		fclose(fp);
    }
    else {
      perror("親プロセス");
    }

    close(pipefd[1]);
    wait(&status);
  }

  return EXIT_SUCCESS;
}

行動規範の内容に同意します

回答2件

ベストアンサー

1.pipefd[1]に文字が書き込まれるとpipefd[0]に文字格納されるのか？

そうです。

2.親プロセスと子プロセスは同時に動いているように認識しています。

そのため、子プロセスの処理実行時にはpipefd[0]には何も格納されておらず、ループから抜けてしまうのではないかと思っております。

readは何かデータがあって読むか、EOFになるまで待機する関数です。
従って、EOFでない状態でデータが無いと、readは待ち続けます。

write関数の第三引数のstrlen(buff) + 1の意味

これはCの初歩ですね。
strlenで得られるのは文字列終端のNUL文字を除いた長さなので、NUL文字分の1を足すことでNUL文字まで書きたいのでしょう。NUL文字を書くかどうかはどっちでも良いですが、送信側と受信側でどちらか統一されていれば良いです。このプログラムの場合は、受信側でfputsで出力しているので、NUL文字が付いてないと面倒です。

それぞれのプロセスで使用しないpipe配列をcloseしている意味

読み取り側の口はcloseしなくても別にかまいません。
書き込み側の口はcloseしないと、もう1つの書き込み側の口を閉じてもパイプがEOFになりません。

親プロセス末尾のwait関数の意味

子プロセスの終了を待ち合わせるためです。

投稿2020/12/03 10:30

otn

総合スコア85901

ken21

2020/12/04 02:42

ご回答いただきありがとうございました。いただいた回答の中で＞書き込み側の口はcloseしないと、もう1つの書き込み側の口を閉じてもパイプがEOFになりません。について理解が出来なかったのでもう少し教えてください。書き込み側の口というのは子プロセスでcloseしているpipe[1]のことでしょうか。そして、そうであるならばなぜ子プロセス側でpipe[1]を閉じないと親プロセス側から書き込んだ時にEOFにならないのでしょうか。また、そもそもなのですがこのプログラムではpipe、read、writeを使ってパイプを表現しています。しかし、よく見るとやっていることはファイルから文字をバッファに格納してバッファの文字を標準出力しているだけのプログラムに見えます。このプログラムの目的はpipeを使うことによってプロセス同士の連携が出来るということを示しているだけなのでしょうか？ ※これは作成した方に聞くべきことなのかもしれないですが、、、

otn

2020/12/04 13:49

> このプログラムの目的はpipeを使うことによってプロセス同士の連携が出来るということを示しているだけなのでしょうか？単なるpipeとforkの使い方のサンプルですね。実用的な意味はもちろんないです。というか、入門書に出てくるプログラムは一部を除いて実用的な意味は無いものばかりです。

otn

2020/12/04 13:58

> 書き込み側の口というのは子プロセスでcloseしているpipe[1]のことでしょうか。そうです。 > そして、そうであるならばなぜ子プロセス側でpipe[1]を閉じないと親プロセス側から書き込んだ時にEOFにならないのでしょうか。そんなことは言ってませんが。何のことでしょうか？私の書いたのは、パイプへの書き込み口が複製されて2つ出来たので、書き込み口を全部閉じないと、読み込み側では「まだ空いている書き込み口があるので、これからまだデータがくるかも知れない」という理由でEOFでないです。すべての書き込み口がクローズされると、その時点でパイプ中に残っているデータを全部読んだ段階で、これ以上データが無いことが明確になるので、EOFになります。

ken21

2020/12/07 05:30

>パイプへの書き込み口が複製されて2つ出来たので、書き込み口を全部閉じないと、読み込み側では「まだ空いている書き込み口があるので、これからまだデータがくるかも知れない」という理由でEOFでないです。すべての書き込み口がクローズされると、その時点でパイプ中に残っているデータを全部読んだ段階で、これ以上データが無いことが明確になるので、EOFになります。なるほど。今回の場合は、子プロセス側がpipe[1](親・子両方の)を読み出し対象として認識しているから、あらかじめ子側の口を閉じる必要があったのですね。おかげでパイプの理解が深まりました。ありがとうございました。

行動規範の内容に同意します

1.pipefd[1]に文字が書き込まれるとpipefd[0]に文字格納されるのか？

※パイプの概念がそのような仕様だったのでそう思いました。

ちょっと違います。「パイプバッファ」というOSの管理する領域に対して、pipefd[1]経由で書き込み、pipefd[0]経由で読み込みができる、パイプというのはそういう特殊ファイルです。
※名前がないのでファイルと意識し辛いですが、pipe()をコールした時にそういうファイルが作られているのです

※出展: Linuxのファイルの種類の「パイプとソケットの違い」より抜粋