Linux进程间通信-匿名管道

Posted 2020-07-31

前面我们讲了进程间通信的一种方式，共享内存。下面看一看另一种机制，匿名管道。
1.什么是管道
管道是一个进程的数据流到另一个进程的通道，即一个进程的数据输出作为另一个进程的数据输入，管道起到了桥梁的作用。
比如，在shell中输入命令:ls -l|grep string，ls和grep是两个进程，"|"符号表示管道，意思是执行ls -l进程，并将输出结果result_1，作为grep string进程的输入result_0，grep进程将result_0中存在字符串string的信息打印到屏幕。

2.管道的使用
1)popen函数：启用一个新进程，并可以向它传递数据，或者通过它接受数据。

FILE *popen(const char *command,conse char *open_mode);

command:运行的程序名和参数
open_mode:有两个值"r(只读)","w(只写)"
　　　　　　"r":可以获取新进程的输出
　　　　　　"w":可以向新进程发送数据
返回值：返回输入输出文件流指针

2)pclose函数：关闭输入输出文件流指针
若调用该函数时，新进程仍然在运行，则pclose将等待，直至新进程结束。
返回值：返回新进程的退出码。

3.popen函数使用示例
下例循环读取read_fp输出文件流的内容，写入write_fp的输入文件流，直到输出流内容读完。

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
    FILE *read_fp = NULL;
    FILE *write_fp = NULL;
    char buffer[BUFSIZ+1];
    int chars_read = 0;

    //初始化缓冲区
    memset(buffer,\'\\0\',sizeof(buffer));
    read_fp = popen("ls -l","r");
    write_fp = popen("grep rwxrwxr-x","w");
    if(read_fp && write_fp)
    {
        
        chars_read = fread(buffer,sizeof(char),BUFSIZ,read_fp);
        while(chars_read)
        {
            buffer[chars_read]=\'\\0\';
            //把数据写入grep进程
            fwrite(buffer,sizeof(char),chars_read,write_fp);
            chars_read = fread(buffer,sizeof(char),BUFSIZ,read_fp);
        }
        //关闭文件流
        pclose(read_fp);
        pclose(write_fp);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    printf("%d\\n",2);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

输出结果：

3、popen的原理及优缺点
当调用popen运行一个新进程时，它首先启动shell，然后将command参数传递给它。
优点：可以使用shell来分析命令字符串，启动非常复杂的shell命令。
缺点：不仅要启动一个新进程，还要启动一个shell，效率会比较低。

4.pipe函数的使用

int pipe(int file_description[2]);

file_description[2]:表示管道的输出输入端，输出端数据经过管道流到输入端，函数执行完后， 会将这个数组赋值。
　　　　　　　　　　file_description[1]表示管道输出端文件描述符
　　　　　　　　　　file_description[0]表示管道输入端文件描述符
返回值：0成功，-1失败

与popen不同的是，pipe函数是一个底层调用，不会启动shell。
popen是使用文件流(FILE)工作的，pipe使用的是文件描述符，相应的数据要用底层的read和write来读取和发送。

5.pipe函数使用示例
下例中，我们在父进程中创建一个管道，然后调用fork创建一个子进程。
此时，父进程的file_description[1]输出端，对应着子进程file_description[0]的输入端。
数据通过管道由父进程传到子进程。示例如下：

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
    int data_processed = 0;
    const char data[]="Hello pipe!";
    char buffer[BUFSIZ+1];
    pid_t pid;
    memset(buffer,\'\\0\',sizeof(buffer));
    int filedes[2];
    if(pipe(filedes)==0)
    {
        //创建管道成功
        //fork子进程
        pid=fork();
        if(pid==-1)
        {
            fprintf(stderr,"Fork failure");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        if(pid==0)
        {
            data_processed = read(filedes[0],buffer,BUFSIZ);
            printf("read %d bytes:%s\\n",data_processed,buffer);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
        else
        {
            data_processed = write(filedes[1],data,strlen(data));
            printf("wrote %d bytes:%s\\n",data_processed,data);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
    }
    exit(EXIT_FAILURE);
}

输出结果：

6.管道用作标准输入和输出
我们知道标准的输入描述符为0，输出描述符为1，
为了使用已经定义好的标准程序，如od命令，从标准输入读入数据。
需要将管道的输入端描述符置为0,此时，我们需要用到一个辅助函数dup

dup函数：创建一个描述符，复制原有描述符参数的结构到新建的描述符。

int dup(int file_descriptor);

新的描述符规则是，使用最小的可用值。

要想使管道的输入描述符为标准输入描述符，我们可以先关闭文件描述符0，然后调用dup，
此时新建的描述符即为最小可用值0，标准输入描述符。

close(0);
dup(file_description[0]);

上例使用标准输入描述符改造后的示例如下：

#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
    int data_processed = 0;
    const char data[]="Hello pipe!";
    int filedes[2];
    pid_t pid;
    if(pipe(filedes)==0)
    {
        pid = fork();
        if(pid==-1)
        {
            fprintf("stderr","fork failure!\\n");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        if(pid==0)
        {
            close(0);
            dup(filedes[0]);
            close(filedes[0]);
            close(filedes[1]);
            execlp("od","od","-c",0);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        else
        {
            close(filedes[0]);
            data_processed = write(filedes[1],data,strlen(data));
            close(filedes[1]);
            printf("wrote %d bytes:%s\\n",data_processed,data);
        }
    }
}

输出结果：

7.匿名管道需要注意的问题
1)当管道没有关闭时，若没有数据可读，read调用会阻塞
2)当管道关闭时，read调用会返回0
3)匿名管道通信，进程间必须是父子关系。