Tại sao mèo x >> x lặp?

Các lệnh bash sau đi vào một vòng lặp infinte:

$ echo hi > x
$ cat x >> x

Tôi có thể đoán rằng cattiếp tục đọc từ xsau khi nó đã bắt đầu viết lên thiết bị xuất chuẩn. Tuy nhiên, điều khó hiểu là việc thực hiện thử nghiệm con mèo của riêng tôi thể hiện hành vi khác nhau:

// mycat.c
#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv) {
  FILE *f = fopen(argv[1], "rb");
  char buf[4096];
  int num_read;
  while ((num_read = fread(buf, 1, 4096, f))) {
    fwrite(buf, 1, num_read, stdout);
    fflush(stdout);
  }

  return 0;
}

Nếu tôi chạy:

$ make mycat
$ echo hi > x
$ ./mycat x >> x

Nó không lặp. Với hành vi catvà thực tế là stdouttrước đây tôi freadđược gọi lại, tôi sẽ mong đợi mã C này tiếp tục đọc và viết trong một chu kỳ.

Làm thế nào là hai hành vi phù hợp? Cơ chế nào giải thích tại sao catcác vòng lặp trong khi đoạn mã trên không có?

Trên một hệ thống RHEL cũ tôi đã có, /bin/catkhông không vòng lặp cho cat x >> x. catđưa ra thông báo lỗi "cat: x: tệp đầu vào là tệp đầu ra". Tôi có thể đánh lừa /bin/catbằng cách này : cat < x >> x. Khi tôi thử mã của bạn ở trên, tôi nhận được "vòng lặp" mà bạn mô tả. Tôi cũng đã viết một cuộc gọi hệ thống dựa trên "con mèo":

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int
main(int ac, char **av)
{
        char buf[4906];
        int fd, cc;
        fd = open(av[1], O_RDONLY);
        while ((cc = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0)
                if (cc > 0) write(1, buf, cc);
        close(fd);
        return 0;
}

Vòng lặp này cũng vậy. Bộ đệm duy nhất ở đây (không giống như "mycat" dựa trên stdio) là những gì diễn ra trong kernel.

Tôi nghĩ những gì đang xảy ra là bộ mô tả tệp 3 (kết quả của open(av[1])) có phần bù vào tệp 0. Bộ mô tả được ghi 1 (stdout) có độ lệch là 3, vì ">>" khiến trình vỏ gọi thực hiện lseek()trên mô tả tập tin trước khi đưa nó cho catquá trình con.

Thực hiện read()bất kỳ loại nào, cho dù vào bộ đệm stdio, hoặc đơn giản char buf[]nâng cao vị trí của bộ mô tả tệp 3. Thực hiện write()nâng cao vị trí của bộ mô tả tệp 1. Hai độ lệch này là các số khác nhau. Do ">>", bộ mô tả tệp 1 luôn có độ lệch lớn hơn hoặc bằng độ lệch của bộ mô tả tệp 3. Vì vậy, bất kỳ chương trình "giống như con mèo" nào cũng sẽ lặp lại, trừ khi nó thực hiện một số bộ đệm nội bộ. Có thể, thậm chí có khả năng, đó là một triển khai stdio của một FILE *(đó là loại ký hiệu stdoutvà ftrong mã của bạn) bao gồm bộ đệm của chính nó. fread()thực sự có thể thực hiện một cuộc gọi hệ thống read()để điền vào bộ đệm nội bộ cho f. Điều này có thể hoặc không thể thay đổi bất cứ điều gì trong phần bên trong của stdout. Gọi fwrite()vàostdoutcó thể hoặc không thể thay đổi bất cứ điều gì bên trong f. Vì vậy, một "con mèo" dựa trên stdio có thể không lặp. Hoặc nó có thể. Khó có thể nói mà không đọc qua rất nhiều mã libc xấu xí, xấu xí.

Tôi đã thực hiện stracetrên RHEL cat- nó chỉ thực hiện một loạt các cuộc gọi read()và write()hệ thống. Nhưng catkhông phải làm việc theo cách này. Nó sẽ có thể vào mmap()các tập tin đầu vào, sau đó làm write(1, mapped_address, input_file_size). Nhân sẽ làm tất cả công việc. Hoặc bạn có thể thực hiện một sendfile()cuộc gọi hệ thống giữa các mô tả tệp đầu vào và đầu ra trên các hệ thống Linux. Các hệ thống SunOS 4.x cũ đã được đồn đại để thực hiện thủ thuật lập bản đồ bộ nhớ, nhưng tôi không biết có ai đã từng làm một con mèo dựa trên sendfile chưa. Trong cả hai trường hợp, "vòng lặp" sẽ không xảy ra, vì cả hai write()và sendfile()yêu cầu tham số độ dài để chuyển.

Một triển khai mèo hiện đại (sunos-4.0 1988) sử dụng mmap () để ánh xạ toàn bộ tệp và sau đó gọi 1x write () cho không gian này. Việc triển khai như vậy sẽ không lặp miễn là bộ nhớ ảo cho phép ánh xạ toàn bộ tệp.

Đối với các triển khai khác, nó phụ thuộc vào việc tệp có lớn hơn bộ đệm I / O hay không.

Như được viết trong cạm bẫy Bash , bạn không thể đọc từ một tệp và ghi vào tệp đó trong cùng một đường dẫn.

Tùy thuộc vào đường ống của bạn làm gì, tệp có thể bị ghi đè (đến 0 byte hoặc có thể với một số byte bằng kích thước của bộ đệm đường ống của hệ điều hành của bạn) hoặc có thể phát triển cho đến khi lấp đầy không gian đĩa có sẵn hoặc đạt tới Giới hạn kích thước tệp của hệ điều hành hoặc hạn ngạch của bạn, v.v.

Giải pháp là sử dụng trình soạn thảo văn bản hoặc biến tạm thời.

Bạn có một số loại điều kiện cuộc đua giữa cả hai x. Một số triển khai cat(ví dụ coreutils 8.23) cấm rằng:

$ cat x >> x
cat: x: input file is output file

Nếu điều này không được phát hiện, hành vi rõ ràng sẽ phụ thuộc vào việc thực hiện (kích thước bộ đệm, v.v.).

Trong mã của bạn, bạn có thể thử thêm một dấu clearerr(f);sau fflush, trong trường hợp tiếp theo freadsẽ trả về lỗi nếu chỉ báo cuối tập tin được đặt.