pipe（）管道通訊

管道

管道的概念：

管道是一種最基本的IPC機制，做用於有血緣關係的進程之間，完成數據傳遞。調用pipe系統函數便可建立一個管道。有以下特質：

1. 其本質是一個僞文件(實爲內核緩衝區)

2. 由兩個文件描述符引用，一個表示讀端，一個表示寫端。

3. 規定數據從管道的寫端流入管道，從讀端流出。

管道的原理: 管道實爲內核使用環形隊列機制，藉助內核緩衝區(4k)實現。

管道的侷限性：

① 數據本身讀不能本身寫。

② 數據一旦被讀走，便不在管道中存在，不可反覆讀取。

③ 因爲管道採用半雙工通訊方式。所以，數據只能在一個方向上流動。

④ 只能在有公共祖先的進程間使用管道。

常見的通訊方式有，單工通訊、半雙工通訊、全雙工通訊。

pipe函數

建立管道

    int pipe(int pipefd[2]); 成功：0；失敗：-1，設置errno

函數調用成功返回r/w兩個文件描述符。無需open，但需手動close。規定：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0對應標準輸入，1對應標準輸出同樣。向管道文件讀寫數據實際上是在讀寫內核緩衝區。

管道建立成功之後，建立該管道的進程（父進程）同時掌握着管道的讀端和寫端。如何實現父子進程間通訊呢？一般能夠採用以下步驟：

1. 父進程調用pipe函數建立管道，獲得兩個文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的讀端和寫端。

2. 父進程調用fork建立子進程，那麼子進程也有兩個文件描述符指向同一管道。

3. 父進程關閉管道讀端，子進程關閉管道寫端。父進程能夠向管道中寫入數據，子進程將管道中的數據讀出。因爲管道是利用環形隊列實現的，數據從寫端流入管道，從讀端流出，這樣就實現了進程間通訊。

    練習：父子進程使用管道通訊，父寫入字符串，子進程讀出並，打印到屏幕。 【pipe.c】

思考：爲甚麼，程序中沒有使用sleep函數，但依然能保證子進程運行時必定會讀到數據呢？

#include <unistd.h>
 
#include <string.h>
 
#include <stdlib.h>
 
#include <stdio.h>
 
#include <sys/wait.h>
 
 
void sys_err(const char *str)
 
{
 
perror(str);
 
exit(1);
 
}
 
 
int main(void)
 
{
 
pid_t pid;
 
char buf[1024];
 
int fd[2];
 
char *p = "test for pipe\n";
 
 
if (pipe(fd) == -1)
sys_err("pipe");
 
 
pid = fork();
 
if (pid < 0) {
 
sys_err("fork err");
 
} else if (pid == 0) {
 
close(fd[1]);
 
int len = read(fd[0], buf, sizeof(buf));
 
write(STDOUT_FILENO, buf, len);
 
close(fd[0]);
 
} else {
 
close(fd[0]);
 
write(fd[1], p, strlen(p));
 
wait(NULL);
 
close(fd[1]);
 
}
 
 
return 0;
 
}

 

 

 

管道的讀寫行爲

    使用管道須要注意如下4種特殊狀況（假設都是阻塞I/O操做，沒有設置O_NONBLOCK標誌）：

1. 若是全部指向管道寫端的文件描述符都關閉了（管道寫端引用計數爲0），而仍然有進程從管道的讀端讀數據，那麼管道中剩餘的數據都被讀取後，再次read會返回0，就像讀到文件末尾同樣。

2. 若是有指向管道寫端的文件描述符沒關閉（管道寫端引用計數大於0），而持有管道寫端的進程也沒有向管道中寫數據，這時有進程從管道讀端讀數據，那麼管道中剩餘的數據都被讀取後，再次read會阻塞，直到管道中有數據可讀了纔讀取數據並返回。

3. 若是全部指向管道讀端的文件描述符都關閉了（管道讀端引用計數爲0），這時有進程向管道的寫端write，那麼該進程會收到信號SIGPIPE，一般會致使進程異常終止。固然也能夠對SIGPIPE信號實施捕捉，不終止進程。具體方法信號章節詳細介紹。

4. 若是有指向管道讀端的文件描述符沒關閉（管道讀端引用計數大於0），而持有管道讀端的進程也沒有從管道中讀數據，這時有進程向管道寫端寫數據，那麼在管道被寫滿時再次write會阻塞，直到管道中有空位置了才寫入數據並返回。

總結：

① 讀管道： 1. 管道中有數據，read返回實際讀到的字節數。

2. 管道中無數據：

(1) 管道寫端被所有關閉，read返回0 (好像讀到文件結尾)

  (2) 寫端沒有所有被關閉，read阻塞等待(不久的未來可能有數據遞達，此時會讓出cpu)

    ② 寫管道： 1. 管道讀端所有被關閉， 進程異常終止(也可以使用捕捉SIGPIPE信號，使進程不終止)

2. 管道讀端沒有所有關閉：

(1) 管道已滿，write阻塞。

(2) 管道未滿，write將數據寫入，並返回實際寫入的字節數。

 

 

 

 

 

父進程建立的兩個子進程之間進行通訊

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
int main(int argc ,char *argv[]){
char buf[4];
int fd[2];
if(pipe(fd)==-1){
printf("pipe failed\n");
}
int rc1=fork();

if(rc1==0){
close(fd[0]);
write(fd[1],"1234",4);
printf("rc1 write ok\n");
exit(1);
}else{
int rc2=fork();
if(rc2==0){

close(fd[1]);
read(fd[0],buf,4);
int i=0;
for(i;i<4;i++){
printf("rc2 : buf[%d]=%c\n",i,buf[i]);

}
exit(1);
}

}




return 0;}








[root@localhost codec5]# rc1 write ok
rc2 : buf[0]=1
rc2 : buf[1]=2
rc2 : buf[2]=3
rc2 : buf[3]=4