Linux系统编程—有名管道

一、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。

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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. 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：

3. 管道的优点

简单

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;

二、管道的创建

管道创建三步曲：

• 父进程调用pipe函数创建管道;
• 父进程调用fork函数创建子进程;
• 父进程关闭fd[0]，子进程关闭fd[1];

具体如下图所示：

三、管道的读写行为

• 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;
• 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。

四、例程

父子间通信：

#include <stdio.h> 
 #include <sys/types.h> 
 #include <unistd.h> 
 #include <string.h> 
  
 int main() 
 { 
     int fd[2]; 
     pid_t pid; 
    char buf[1024]; 
    char *data = "hello world!"; 
 
    /* 创建管道 */ 
    if (pipe(fd) == -1) { 
        printf("ERROR: pipe create failed!\n"); 
        return -1; 
    } 
 
    pid = fork(); 
    if (pid == 0) { 
        /* 子进程 */ 
        close(fd[1]);   // 子进程读取数据，关闭写端 
        read(fd[0], buf, sizeof(buf));  // 从管道读数据 
        printf("child process read: %s\n", buf); 
        close(fd[0]); 
    } else if (pid > 0) { 
        /* 父进程 */ 
        close(fd[0]);   //父进程写数据，关闭读端 
        write(fd[1], data, strlen(data));   // 向管道写数据 
        printf("parent process write: %s\n", data); 
        close(fd[1]); 
    } 
 
    return 0; 
} 

兄弟间通信：

 #include <stdio.h> 
 #include <sys/types.h> 
 #include <unistd.h> 
 #include <string.h> 
 #include <sys/wait.h> 
  
 int main () 
 { 
     int fd[2]; 
    int i = 0; 
    pid_t pid; 
    char buf[1024]; 
    char *data = "hello world!"; 
 
    /* 创建管道 */ 
    if (pipe(fd) == -1) { 
        printf("ERROR: pipe create failed!\n"); 
        return -1; 
    } 
 
    for (i = 0; i < 2; i++) { 
        pid = fork(); 
        if (pid == -1) { 
            printf("ERROR: fork error!\n"); 
            return -1; 
        } else if (pid == 0) { 
            break; 
        } 
    } 
 
    /* 通过i来判断创建的子进程及父进程 */ 
    if (i == 0) { 
        /* 第一个子进程，兄进程 */ 
        close(fd[0]);   // 兄进程向弟进程写数据，关闭读端 
        write(fd[1], data, strlen(data)); 
        printf("elder brother send: %s\n", data); 
        close(fd[1]); 
    } else if (i == 1) { 
        /* 第二个子进程，弟进程 */ 
        close(fd[1]); 
        read(fd[0], buf, sizeof(buf)); 
        printf("younger brother receive: %s\n", buf); 
        close(fd[0]); 
    } else { 
        /* 父进程 */ 
        close(fd[0]); 
        close(fd[1]); 
        for (i = 0; i < 2; i++) { 
            wait(NULL); 
        } 
    } 
 
    return 0; 
}