关于linux:Linux系统编程管道

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▋1. 管道的概念

管道，又名「无名治理」，或「匿名管道」，管道是一种十分根本，也是应用十分频繁的 IPC 形式。

1.1 管道实质

管道的实质也是一种文件，不过是伪文件，实际上是一块内核缓冲区，大小 4K；
管道创立当前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 管道的长处

简略

1.4 管道的毛病

只能单向通信，如果须要双向通信则须要建设两个管道；
只能利用于具备血缘关系的过程，如父子过程；
缓冲区大小受限，通常为 1 页，即 4k；

▋2. 管道的创立

管道创立三步曲：

a. 父过程调用 pipe 函数创立管道；

b. 父过程调用 fork 函数创立子过程；

c. 父过程敞开 fd[0]，子过程敞开 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曾经写满，则无奈再写入数据，过程的 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，管道将开释相应的空间，以便后续数据的写入。当所有的数据都读完之后，过程的 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    /* 创立管道 */
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        /* 子过程 */
22        close(fd[1]);   // 子过程读取数据，敞开写端
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        /* 父过程 */
28        close(fd[0]);   // 父过程写数据，敞开读端
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    /* 创立管道 */
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 来判断创立的子过程及父过程 */
32    if (i == 0) {
33        /* 第一个子过程，兄过程 */
34        close(fd[0]);   // 兄过程向弟过程写数据，敞开读端
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        /* 第二个子过程，弟过程 */
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        /* 父过程 */
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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