Linux系统编程—管道

▋1. 管道的概念

管道，又名「无名管理」，或「匿名管道」，管道是一种非常基本，也是使用非常频繁的IPC方式。

1.1 管道本质

• 管道的本质也是一种文件，不过是伪文件，实际上是一块内核缓冲区，大小4K；
• 管道创建以后会产生两个文件描述符，一个是读端，另一个是写端；
• 管道里的数据只能从写端被写入，从读端被读出；

1.2 管道原理

管道是内核的一块缓冲区，更具体一些，是一个环形队列。数据从队列的一端写入数据，另一端读出，如下图示：

1.3 管道的优点

简单

1.4 管道的缺点

• 只能单向通信，如果需要双向通信则需要建立两个管道；
• 只能应用于具有血缘关系的进程，如父子进程；
• 缓冲区大小受限，通常为1页，即4k；

▋2. 管道的创建

管道创建三步曲：

a. 父进程调用pipe函数创建管道；

b. 父进程调用fork函数创建子进程；

c. 父进程关闭fd[0]，子进程关闭fd[1]；

具体如下图所示：

▋3. 管道的读写行为

a. 管道的缓冲区大小固定为4k，所以如果管道内数据已经写满，则无法再写入数据，进程的write调用将阻塞，直到有足够的空间再写入数据；

b. 管道的读动作比写动作要快，数据一旦被读走了，管道将释放相应的空间，以便后续数据的写入。当所有的数据都读完之后，进程的read()调用将阻塞，直到有数据再次写入。

▋4. 例程

父子间通信：

 1#include <stdio.h>
 2#include <sys/types.h>
 3#include <unistd.h>
 4#include <string.h>
 5
 6int main()
 7{
 8    int fd[2];
 9    pid_t pid;
10    char buf[1024];
11    char *data = "hello world!";
12
13    /* 创建管道 */
14    if (pipe(fd) == -1) {
15        printf("ERROR: pipe create failed!\n");
16        return -1;
17    }
18
19    pid = fork();
20    if (pid == 0) {
21        /* 子进程 */
22        close(fd[1]);   // 子进程读取数据，关闭写端
23        read(fd[0], buf, sizeof(buf));  // 从管道读数据
24        printf("child process read: %s\n", buf);
25        close(fd[0]);
26    } else if (pid > 0) {
27        /* 父进程 */
28        close(fd[0]);   //父进程写数据，关闭读端
29        write(fd[1], data, strlen(data));   // 向管道写数据
30        printf("parent process write: %s\n", data);
31        close(fd[1]);
32    }
33
34    return 0;
35}

兄弟间通信：

 1#include <stdio.h>
 2#include <sys/types.h>
 3#include <unistd.h>
 4#include <string.h>
 5#include <sys/wait.h>
 6
 7int main ()
 8{
 9    int fd[2];
10    int i = 0;
11    pid_t pid;
12    char buf[1024];
13    char *data = "hello world!";
14
15    /* 创建管道 */
16    if (pipe(fd) == -1) {
17        printf("ERROR: pipe create failed!\n");
18        return -1;
19    }
20
21    for (i = 0; i < 2; i++) {
22        pid = fork();
23        if (pid == -1) {
24            printf("ERROR: fork error!\n");
25            return -1;
26        } else if (pid == 0) {
27            break;
28        }
29    }
30
31    /* 通过i来判断创建的子进程及父进程 */
32    if (i == 0) {
33        /* 第一个子进程，兄进程 */
34        close(fd[0]);   // 兄进程向弟进程写数据，关闭读端
35        write(fd[1], data, strlen(data));
36        printf("elder brother send: %s\n", data);
37        close(fd[1]);
38    } else if (i == 1) {
39        /* 第二个子进程，弟进程 */
40        close(fd[1]);
41        read(fd[0], buf, sizeof(buf));
42        printf("younger brother receive: %s\n", buf);
43        close(fd[0]);
44    } else {
45        /* 父进程 */
46        close(fd[0]);
47        close(fd[1]);
48        for (i = 0; i < 2; i++) {
49            wait(NULL);
50        }
51    }
52
53    return 0;
54}

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