3.1 进程间通信之管道

Posted 2021-02-01 程序猿爱吃鸡

一、引言

管道作用于有血缘关系的进程间的通信，完成数据传递。实际为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。有如下特质：

1) 其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)

2) 由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。可定义一个文件描述符数组，存取。

3) 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出。

4) 数据自己读不能自己写，数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。 由于管道采用半双工通信方式。因此，数据也只能在一个方向上流动。

5) 只能在有公共祖先的(血缘关系的)进程间使用管道。

二、pipe函数

调用pipe系统函数即可创建一个管道，其函数原型为:

int pipe(int fd[2]);

成功：0；失败：-1，设置errno

向管道文件读写数据其实是在读写内核缓冲区，函数参数数组包含pipe使用的两个文件的描述符：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0对应标准输入，1对应标准输出一样。注意：在pipe使用时，无需open，但需手动close。

管道方法通信流程：

 

1) 父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的读端和写端。

2) 父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。

3) 父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。由于管道是利用环形队列实现的，数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信。

 

三、例程

 1 #include <unistd.h>
 2 #include <string.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 #include <stdio.h>
 5 #include <sys/wait.h>
 6 
 7 int main(void)
 8 {
 9     pid_t pid;
10     char buf1[1024];
11     int fd[2];
12     int len；
13     char *buf2 = "hello world\\n";
14     
15    if (pipe(fd) == -1) //创建管道 
16        printf("pipe error\\n");
17 
18    pid = fork(); //创建进程
19    if (pid < 0) {
20        printf("fork error\\n");
21    } 
22    else if (pid == 0) { 
23         close(fd[1]);  //子进程关闭写端
24         len = read(fd[0], buf1, sizeof(buf));//读取管道数据到buf中
25         write(STDOUT_FILENO, buf1, len);//将buf数据写入标准输出
26         close(fd[0]); //注意要close
27        } 
28     else {
29               close(fd[0]);//父进程关闭读端
30                  write(fd[1], buf2, strlen(buf2));//向管带的写端写入字符串p
31           wait(NULL);  //等待子进程释放
32           close(fd[1]);
33    }
34     
35     return 0;
36 }

编译执行结果：

补充：

读管道：

1）管道中有数据，read返回实际读到的字节数。

2）管道中无数据：

(1) 管道写端被全部关闭，read返回0 (好像读到文件结尾)

(2) 写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)

写管道：

1）管道读端全部被关闭， 进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止)

2）管道读端没有全部关闭：

(1) 管道已满，write阻塞。

(2) 管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。

缓冲大小：使用ulimit –a 命令来查看当前系统中创建管道文件所对应的内核缓冲区大小