shell 实现中管道命令执行之间的竞争条件

Question

（我不确定我是否在标题中选择了正确的措辞，所以如果听起来不对请纠正我，标签也是如此）

我正在编写一个 shell 实现，它必须能够执行管道命令。这是执行 ls | wc -l 的一段简化代码（wc 可以替换为 sleep 或 date）：

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

pid_t   family[2];
int     pipefd[2];
extern char **environ;

void    ft_exec(int i)
{
    char **ls = malloc(sizeof(char *) * 2);
    ls[0] = "/bin/ls";
    ls[1] = NULL;

    char **wc = malloc(sizeof(char *) * 3);
    wc[0] = "/usr/bin/wc";
    wc[1] = "-l";
    wc[2] = NULL;

    printf("ENTERED BY %d\n", getpid());
    if (i == 0)
    {
        dup2(pipefd[1], 1);
        close(pipefd[0]);
        close(pipefd[1]);
        execve(ls[0], ls, environ);
    }
    if (i == 1)
    {
        dup2(pipefd[0], 0);
        close(pipefd[0]);
        close(pipefd[1]);
        execve(wc[0], wc, environ);
    }
}

void    ft_block_main_process(void)
{
    int     i;
    pid_t   terminated;
    int     status;

    i = 0;
    while (i < 2)
    {
        terminated = waitpid(-1, &status, 0);
        printf("%d TERMINATED; WEXITSTATUS:%d, WTERMSIG:%d, STATUS:%d\n", terminated, WEXITSTATUS(status), WTERMSIG(status), status);
        if (terminated == family[0])
            close(pipefd[1]);
        else if (terminated == family[1])
            close(pipefd[0]);
        i++;
    }
}

void    ft_interpret(void)
{
    int i;

    i = 0;
    while (i < 2)
    {
        family[i] = fork();
        if (family[i] == 0)
            ft_exec(i);
        i++;
    }
    ft_block_main_process();
}

int main(int argc, char **argv)
{
    (void)argc;
    (void)argv;

    pipe(pipefd);
    ft_interpret();
}

输出结果如下：

ENTERED BY 1511
ENTERED BY 1512
1511 TERMINATED; WEXITSTATUS:0, WTERMSIG:0, STATUS:0
       3
1512 TERMINATED; WEXITSTATUS:0, WTERMSIG:0, STATUS:0

这是正确的。

但是，如果我尝试将第二个命令更改为 printenv，它会爆炸：

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

pid_t   family[2];
int     pipefd[2];
extern char **environ;

void    ft_exec(int i)
{
    char **ls = malloc(sizeof(char *) * 2);
    ls[0] = "/bin/ls";
    ls[1] = NULL;

    char **printenv = malloc(sizeof(char *) * 2);
    printenv[0] = "/usr/bin/printenv";
    printenv[1] = NULL;

    printf("ENTERED BY %d\n", getpid());
    if (i == 0)
    {
        dup2(pipefd[1], 1);
        close(pipefd[0]);
        close(pipefd[1]);
        execve(ls[0], ls, environ);
    }
    if (i == 1)
    {
        dup2(pipefd[0], 0);
        close(pipefd[0]);
        close(pipefd[1]);
        execve(printenv[0], printenv, environ);
    }
}

void    ft_block_main_process(void)
{
    int     i;
    pid_t   terminated;
    int     status;

    i = 0;
    while (i < 2)
    {
        terminated = waitpid(-1, &status, 0);
        printf("%d TERMINATED; WEXITSTATUS:%d, WTERMSIG:%d, STATUS:%d\n", terminated, WEXITSTATUS(status), WTERMSIG(status), status);
        if (terminated == family[0])
            close(pipefd[1]);
        else if (terminated == family[1])
            close(pipefd[0]);
        i++;
    }
}

void    ft_interpret(void)
{
    int i;

    i = 0;
    while (i < 2)
    {
        family[i] = fork();
        if (family[i] == 0)
            ft_exec(i);
        i++;
    }
    ft_block_main_process();
}

int main(int argc, char **argv)
{
    (void)argc;
    (void)argv;

    pipe(pipefd);
    ft_interpret();
}

输出为：

ENTERED BY 1937
ENTERED BY 1938
TMPDIR=/var/folders/zz/zyxvpxvq6csfxvn_n000ccj800334_/T/
<...> // environ stuff
_=/Users/aisraely/testing/./a.out
1938 TERMINATED; WEXITSTATUS:0, WTERMSIG:0, STATUS:0
1937 TERMINATED; WEXITSTATUS:0, WTERMSIG:13, STATUS:13

现在如果 bash 中的运行相同，它会以 0:

退出

bash-3.2$ ls | printenv
TERM_PROGRAM=iTerm.app
<...> // environ stuff
_=/usr/bin/printenv
bash-3.2$ echo $?
0

我确实意识到，根据 pipe() 的联机帮助页，在寡妇管道上写入通过接收 SIGPIPE（其值由 WTERMSIG() 宏正确提取）强制写入过程终止)，并且 printenv 提前退出，ls 尝试写入它但没有看到 reader 并捕获 SIGPIPE。但为什么在某些情况下这不是真的呢？为什么我的执行程序在应该退出时没有以 0 退出？是因为ls吗？

Answer 1

我认为这是正常行为。 shell管道的退出状态通常是管道上最右边命令的退出状态。

GNU Bash shell 有一个可以启用的 pipefail 选项。启用时，管道的退出状态是最右边以非零退出状态退出的命令的退出状态。

例如：

bash$ set -o pipefail  # turn pipefail option on
bash$ seq 0 1000000 | date
Thu Aug 26 14:49:51 UTC 2021
bash$ echo $?
141
bash$ set +o pipefail  # turn pipefail option off
bash$ seq 0 1000000 | date
Thu Aug 26 14:50:10 UTC 2021
bash$ echo $?
0
bash$

退出状态 141 是由于 seq 命令被 SIGPIPE 信号终止。

shell 实现中管道命令执行之间的竞争条件

Race condition between piped command execution in a shell implementation

c

bash

exec

race-condition

wait