Linux进程通信 之 管道

 

 

管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。 

管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特点：

管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道；

只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）；

单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。

数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

管道两端用描述字fd[0]以及fd[1]来描述，管道的两端是固定了任务的。fd[0]只能用于读，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1]来表示，称其为管道写端。

从管道中读取数据：

如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；

当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。

如果管道没有数据，且管道的写端口是打开状态，则读操作被阻塞直到有数据写入为止。

向管道中写入数据：

对于设置了阻塞标志的写操作：

当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数，则进入睡眠，直到当缓冲区中能够容纳要写入的字节数时，才开始进行一次性写操作。

当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据，写操作在写完所有请求写的数据后返回。

对于没有设置阻塞标志的写操作：

当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。在写满所有FIFO空闲缓冲区后，写操作返回。

当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；如果当前FIFO空闲缓冲区不能够容纳请求写入的字节数，则返回EAGAIN错误，提醒以后再写；

管道的主要局限性正体现在它的特点上：

只支持单向数据流；

只能用于具有亲缘关系的进程之间；

没有名字；

管道的缓冲区是有限的（管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）；

管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息（或命令、或记录）等等；

有名管道以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信

 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, const char **argv)
{
    int len;
    pid_t pid;
    int pfd[2];
    char buffer[1024] = {0};

    if (pipe(pfd) < 0) {
        printf("pipe error\n");
        exit(0);
    }

    if ((pid = fork()) < 0) {
        printf("fork error\n");
        exit(0);
    }

    if (pid == 0) {      /* 子进程 */
        write(pfd[1], "hello\n", 6);
        close(pfd[1]);
        sleep(2);
    } else {               /* 父进程 */
        close(pfd[1]);
        while ((len = read(pfd[0], buffer, 1023)) > 0) {
            buffer[len] = '\0';
            printf("len = %d, %s", len, buffer);
        }
        printf("read done\n");
        wait(pid);      /* 等待子进程退出才能看到效果 */
    }
    return 0;
}

1 只有管道写端的引用计数变成0,才会关闭管道得写端.

2 进程结束后,自动关闭打开的文件
3 如果父进程先退出,而且没有调用wait等待子进程, 那么子进程就会变成僵死进程

 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, const char **argv)
{
    int len;
    pid_t pid;
    int pfd[2];
    char buffer[1024] = {0};

    char *envp[] = {"PATH=/tmp", "QUERY_STRING=m=18&n=19", NULL};
   
    if (pipe(pfd) < 0) {
        printf("pipe error\n");
        exit(0);
    }

    if ((pid = fork()) < 0) {
        printf("fork error\n");
        exit(0);
    }

    if (pid == 0) {      /* 子进程 */
        close(pfd[1]);
        while ((len = read(pfd[0], buffer, 1023)) > 0) {
            buffer[len] = '\0';
            printf("len = %d, %s", len, buffer);
        }
    } else {               /* 父进程 */
        write(pfd[1], "hello\n", 6);
        close(pfd[1]);
        wait(pid);
    }
    return 0;
}

 1 如果父进程不关闭管道的写端, 即便子进程关闭了管道的写端, 还是会阻塞在read上

 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, const char **argv)
{
    int len;
    pid_t pid;
    int pfd[2];
    char buffer[1024] = {0};

    if (pipe(pfd) < 0) {
        printf("pipe error\n");
        exit(0);
    }

    if ((pid = fork()) < 0) {
        printf("fork error\n");
        exit(0);
    }

    if (pid == 0) {      /* 子进程 */
            len = read(pfd[0], buffer, 10);
            printf("## %s", buffer);
            len = write(pfd[1], "from child hello\n", 17);
    } else {               /* 父进程 */
        len = write(pfd[1], "from parent hello\n", 18);
        sleep(1);
        len = read(pfd[0], buffer, 20);
        printf("@@ %s", buffer);
        close(pfd[1]);
        close(pfd[0]);
        wait(pid);
    }
    return 0;
}

  1 使用一个管道进行双向通信是不行的, 会产生混乱, 要想使用管道实现双向通信,必须创建两个管道

 

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

int main()   
{   
    int fd1[2],fd2[2],cld_pid,status;   
    char buf[200], len;   

    if (pipe(fd1) == -1) {// 创建管道1   
        printf("creat pipe1 error\n");   
        exit(1);   
    }   
    if (pipe(fd2) == -1) {// 创建管道2   
        printf("creat pipe2 error\n");   
        exit(1);   
    }   

    if ((cld_pid=fork()) == 0) {//子进程   
        close(fd1[1]); // 子进程关闭管道1的写入端   
        close(fd2[0]); // 子进程关闭管道1的读出端   

        //子进程读管道1   
        len = read(fd1[0],buf,sizeof(buf));   
        printf("%s",buf);   

        //子进程写管道2   
        strcpy(buf,"hi, father, this is your son!\n");   
        write(fd2[1],buf,strlen(buf));   

        exit(0);   
    }   
    else {//父进程
        close(fd1[0]); // 父进程关闭管道1的读出端   
        close(fd2[1]); // 父进程关闭管道2的写入端   

        //父进程写管道1   
        strcpy(buf,"hey, son, I'm your father\n");   
        write(fd1[1],buf, strlen(buf));   

        //父进程读管道2   
        len = read(fd2[0],buf,sizeof(buf));   
        printf("%s",buf);   
        exit(0);   
    }  
}