linux 进程通信 管道

1、 管道概述及相关API应用

1.1 管道相关的关键概念

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。

1.2管道的创建:

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#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2])

  

该函数创建的管道的两端处于一个进程中间,在实际应用中没有太大意义,因此,一个进程在由pipe()创建管道后,一般再fork一个子进程,然后通过管道实现父子进程间的通信(因此也不难推出,只要两个进程中存在亲缘关系,这里的亲缘关系指的是具有共同的祖先,都可以采用管道方式来进行通信)。

1.3管道的读写规则:

管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述,需要注意的是,管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读,由描述字fd[0]表示,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。如果试图从管道写端读取数据,或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道,如close、read、write等等。

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)。注:(PIPE_BUF在include/linux/limits.h中定义,不同的内核版本可能会有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少为512字节,red hat 7.2中为4096)。

关于管道的读规则验证:

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/**************
 * readtest.c *
 **************/
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
main()
{
    int pipe_fd[2];
    pid_t pid;
    char r_buf[100];
    char w_buf[4];
    char* p_wbuf;
    int r_num;
    int cmd;
     
    memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
    memset(w_buf,0,sizeof(r_buf));
    p_wbuf=w_buf;
    if(pipe(pipe_fd)<0)
    {
        printf("pipe create error\n");
        return -1;
    }
     
    if((pid=fork())==0)
    {
        printf("\n");
        close(pipe_fd[1]);
        sleep(3);//确保父进程关闭写端
          r_num=read(pipe_fd[0],r_buf,100);
          printf(   "read num is %d   the data read from the pipe is %d\n",r_num,atoi(r_buf));
         
        close(pipe_fd[0]);
        exit();
    }
    else if(pid>0)
    {
    close(pipe_fd[0]);//read
    strcpy(w_buf,"111");
    if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)!=-1)
        printf("parent write over\n");
    close(pipe_fd[1]);//write
        printf("parent close fd[1] over\n");
    sleep(10);
    }  
}
 /**************************************************
 * 程序输出结果:
 * parent write over
 * parent close fd[1] over
 * read num is 4   the data read from the pipe is 111
 * 附加结论:
 * 管道写端关闭后,写入的数据将一直存在,直到读出为止.
 ****************************************************/

  

向管道中写入数据:

  • 向管道中写入数据时,linux将不保证写入的原子性,管道缓冲区一有空闲区域,写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据,那么写操作将一直阻塞。 
    注:只有在管道的读端存在时,向管道中写入数据才有意义。否则,向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号,应用程序可以处理该信号,也可以忽略(默认动作则是应用程序终止)。

对管道的写规则的验证1:写端对读端存在的依赖性

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#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
main()
{
    int pipe_fd[2];
    pid_t pid;
    char r_buf[4];
    char* w_buf;
    int writenum;
    int cmd;
     
    memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
    if(pipe(pipe_fd)<0)
    {
        printf("pipe create error\n");
        return -1;
    }
     
    if((pid=fork())==0)
    {
        close(pipe_fd[0]);
        close(pipe_fd[1]);
        sleep(10); 
        exit();
    }
    else if(pid>0)
    {
    sleep(1);  //等待子进程完成关闭读端的操作
    close(pipe_fd[0]);//write
    w_buf="111";
    if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4))==-1)
        printf("write to pipe error\n");
    else   
        printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum);
     
    close(pipe_fd[1]);
    }  
}

  

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