管道

概念

管道(pipe)又称无名管道。
无名管道是一种特殊类型的文件，在应用层体现为两个打开的文件描述符。

特点

*管道是最古老的UNIX IPC方式，其特点是:
1、半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
2、数据只能从管道的一端写入，从另一端读出。
3、写入管道中的数据遵循先入先出的规则。
4、管道所传送的数据是无格式的，这要求管道的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式，
如多少字节算一个消息等。
5、管道不是普通的文件，不属于某个文件系统，其只存在于内存中。
6、管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。
7、从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走，它就从管道中被抛弃，释放空间以便写更多的数据。
8、管道没有名字，只能在具有公共祖先的进程之间使用。

#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);
功能：经由参数filedes返回两个文件描述符
参数：
	filedes为int型数组的首地址，其存放了管道的文件描述符fd[0]、fd[1]。
	filedes[0]为读而打开，filedes[1]为写而打开管道，
	filedes[0]的输出是filedes[1]的输入。
返回值：
	成功：返回 0
	失败：返回-1
例：01_pipe_1.c

父子进程通过管道实现数据的传输

从管道中读数据的特点

1、默认用read函数从管道中读数据是阻塞的。
2、调用write函数向管道里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞。
3、通信过程中，读端口全部关闭后，写进程向管道内写数据时，写进程会（收到SIGPIPE信号）退出。

编程时可通过fcntl函数设置文件的阻塞特性

设置为阻塞：
	fcntl(fd, F_SETFL, 0);
设置为非阻塞：
	fcntl(fd, F_SETFL,O_NONBLOCK);

例：01_pipe_2.c

文件描述符概述

》文件描述符是非负整数，是文件的标识。
》用户使用文件描述符（filedescriptor）来访问文件。
》利用open打开一个文件时，内核会返回一个文件描述符。
每个进程都有一张文件描述符的表，进程刚被创建时，标准输入、标准输出、
标准错误输出设备文件被打开，对应的文件描述符0、1、2 记录在表中。
在进程中打开其他文件时，系统会返回文件描述符表中最小可用的文件描述符，
并将此文件描述符记录在表中。
注意：
Linux中一个进程最多只能打开NR_OPEN_DEFAULT（即1024）个文件，
故当文件不再使用时应及时调用close函数关闭文件。

文件描述符的复制

dup和dup2是两个非常有用的系统调用，都是用来复制一个文件的描述符，
使新的文件描述符也标识旧的文件描述符所标识的文件。
》 int dup(int oldfd);
》 int dup2(int oldfd, int newfd);
》 dup和dup2经常用来重定向进程的
stdin、stdout和stderr。

dup函数

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
功能：
	复制oldfd文件描述符，并分配一个新的文件描述符，新的文件描述符是调用
	进程文件描述符表中最小可用的文件描述符。
参数：
	要复制的文件描述符oldfd。
返回值：
	成功：新文件描述符。
	失败：返回－1，错误代码存于errno中。

例：02_dup.c

dup2函数

#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd)
功能：
	复制一份打开的文件描述符oldfd，并分配新的文件描述符
	newfd，newfd也标识oldfd所标识的文件。
注意：
	newfd是小于文件描述符最大允许值的非负整数，如果newfd
	是一个已经打开的文件描述符，则首先关闭该文件，然后再复制。
参数：
	要复制的文件描述符oldfd
	分配的新的文件描述符newfd
返回值：
	成功：返回newfd
	失败：返回-1，错误代码存于errno中

例：02_dup2_1.c
复制文件描述符后新旧文件描述符的特点
使用dup或dup2复制文件描述符后，新文件描述符和旧文件描述符指向同一个文件，共享文件锁定、读写位置和各项权限。
当关闭新的文件描述符时，通过旧文件描述符仍可操作文件。
当关闭旧的文件描述时，通过新的文件描述符仍可可操作文件。
exec前后文件描述符的特点
设置close_on_exec标志位的方法:
int flags;
flags = fcntl(fd, F_GETFD);//获得标志
flags |= FD_CLOEXEC; //打开标志位
flags &= ~FD_CLOEXEC; //关闭标志位
fcntl(fd, F_SETFD, flags);//设置标志

命名管道

命名管道(FIFO)和管道(pipe)基本相同，但也有一些显著的不同，其特点是:
1、半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
2、写入FIFO中的数据遵循先入先出的规则。
3、FIFO所传送的数据是无格式的，这要求FIFO的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式，如多少字节算一个消息等。
4、FIFO在文件系统中作为一个特殊的文件而存在，但pipe中的内容却存放在内存中。
5、管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。
6、从FIFO读数据是一次性操作，数据一旦被读，它就从FIFO中被抛弃，释放空间以便写更多的数据。
7、当使用FIFO的进程退出后，FIFO文件将继续保存在文件系统中以便以后使用。
8、FIFO有名字，不相关的进程可以通过打开命名管道进行通信。

FIFO文件的创建

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo( const char *pathname, mode_t mode);
参数：
	pathname：FIFO的路径名+文件名。
	mode：mode_t类型的权限描述符。
返回值：
	成功：返回 0
	失败：如果文件已经存在，则会出错且返回-1。

操作FIFO文件时的特点

系统调用的I/O函数都可以作用于FIFO，如open、close、read、write等。
打开FIFO时，非阻塞标志(O_NONBLOCK)产生下列影响:
》 特点一：
不指定O_NONBLOCK(即open没有位或O_NONBLOCK)
1、open以只读方式打开FIFO时，要阻塞到某个进程为写而打开此FIFO
2、open以只写方式打开FIFO时，要阻塞到某个进程为读而打开此FIFO 。
例:04_fifo_read_1.c 04_fifo_write_1.c
3、open以可读可写方式打开FIFO时不会阻塞，调用read函数从FIFO里读数据时read也会阻塞。
例:04_fifo_read_2.c 04_fifo_write_2.c
4、通信过程中若写进程先退出了，则调用read函数从FIFO里读数据时不阻塞；若写进程又重新运行，则调用read函数从FIFO里读数据时又恢复阻塞。
例:04_fifo_read_3.c 04_fifo_write_3.c
5、通信过程中，读进程退出后，写进程向命名管道内写数据时，写进程也会（收到SIGPIPE信号）退出。
例:04_fifo_read_4.c 04_fifo_write_4.c
6、调用write函数向FIFO里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞。
》特点二：
指定O_NONBLOCK(即open位或O_NONBLOCK)
1、先以只读方式打开：如果没有进程已经为写而打开一个FIFO, 只读open成功，并且open不阻塞。
2、先以只写方式打开：如果没有进程已经为读而打开一个FIFO，只写open将出错返回-1。
3、read、write读写命名管道中读数据时不阻塞。
4、通信过程中，读进程退出后，写进程向命名管道内写数据时，写进程也会（收到SIGPIPE信号）退出。
例：04_fifo_read_5.c 04_fifo_write_5.c
》注意：
open函数以可读可写方式打开FIFO文件时的特点：
1、open不阻塞。
2、调用read函数从FIFO里读数据时read会阻塞。
3、调用write函数向FIFO里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞。