Linux系统编程进程间通信之无名管道

君不见长松卧壑困风霜，时来屹立扶明堂。这篇文章主要讲述Linux系统编程进程间通信之无名管道相关的知识，希望能为你提供帮助。
00. 目录
文章目录

- 00. 目录
- 01. 管道概述
- 02. 管道创建函数
- 03. 管道的特性
- 04. 管道设置非阻塞
- 05. 附录

01. 管道概述管道也叫无名管道，它是是 UNIX 系统 IPC（进程间通信）的最古老形式，所有的 UNIX 系统都支持这种通信机制。
无名管道的特点
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。
【Linux系统编程进程间通信之无名管道】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（父进程与子进程，或者两个兄弟进程，具有亲缘关系）之间使用。
对于无名管道特点的理解，我们可以类比现实生活中管子，管子的一端塞东西，管子的另一端取东西。
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。

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02. 管道创建函数

#include < unistd.h> int pipe(int pipefd[2]); 功能：创建无名管道。参数： pipefd : 为 int 型数组的首地址，其存放了管道的文件描述符 pipefd[0]、pipefd[1]。当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符 fd[0] 和 fd[1]。其中 fd[0] 固定用于读管道，而 fd[1] 固定用于写管道。一般文件 I / O 的函数都可以用来操作管道(lseek() 除外)。返回值：成功：0 失败：-1

下面我们写这个一个例子，子进程通过无名管道给父进程传递字符串数据

#include < stdio.h> #include < stdlib.h> #include < string.h> #include < unistd.h> #define SIZE 64int main(void) { int fd[2]; int i = 0; pid_t pid = -1; char buf[SIZE]; //创建一个无名管道用在具有共同祖先的进程 if (pipe(fd) == -1) { perror("pipe"); goto err0; }printf("fd[0]: %d fd[1]: %d\\n", fd[0], fd[1]); //创建子进程 pid = fork(); if (-1 == pid) { perror("fork"); goto err1; } else if (0 == pid) { while(1) { //子进程写管道 memset(buf, 0, SIZE); sprintf(buf, "hello uplooking %d", i++); write(fd[1], buf, strlen(buf)); sleep(1); if (i > = 10) break; }//关闭描述符 close(fd[0]); close(fd[1]); exit(0); } else { //父进程读管道 while(1) { memset(buf, 0, SIZE); if (read(fd[0], buf, SIZE) < = 0) break; printf("\\033[31mbuf: %s\\033[0m\\n", buf); }//关闭描述符 close(fd[0]); close(fd[1]); }return 0; err1: close(fd[0]); close(fd[1]); err0: return 1; }

测试结果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2/4sys/4th/code$ gcc 17pipe.c deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2/4sys/4th/code$ ./a.out fd[0]: 3 fd[1]: 4 buf: hello uplooking 0 buf: hello uplooking 1 buf: hello uplooking 2 buf: hello uplooking 3 buf: hello uplooking 4 buf: hello uplooking 5 buf: hello uplooking 6

03. 管道的特性每个管道只有一个页面作为缓冲区，该页面是按照环形缓冲区的方式来使用的。这种访问方式是典型的“生产者——消费者”模型。当“生产者”进程有大量的数据需要写时，而且每当写满一个页面就需要进行睡眠等待，等待“消费者”从管道中读走一些数据，为其腾出一些空间。相应的，如果管道中没有可读数据，“消费者” 进程就要睡眠等待，具体过程如下图所示：

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默认的情况下，从管道中读写数据，最主要的特点就是阻塞问题（这一特点应该记住），当管道里没有数据，另一个进程默认用 read() 函数从管道中读数据是阻塞的。
测试代码:

#include < stdio.h> #include < string.h> #include < unistd.h> #include < stdlib.h> #include < sys/types.h> #include < sys/wait.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd_pipe[2] = {0}; pid_t pid; if( pipe(fd_pipe) < 0 ){// 创建无名管道 perror("pipe"); } pid = fork(); // 创建进程 if( pid < 0 ){ // 出错 perror("fork"); exit(-1); } if( pid == 0 ){ // 子进程_exit(0); }else if( pid > 0){// 父进程 wait(NULL); // 等待子进程结束，回收其资源char str[50] = {0}; printf("before read\\n"); // 从管道里读数据，如果管道没有数据， read()会阻塞 read(fd_pipe[0], str, sizeof(str)); printf("after read\\n"); printf("str=[%s]\\n", str); // 打印数据 } return 0; }

测试结果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out before read

04. 管道设置非阻塞当然，我们编程时可通过 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);

测试代码:

#include < stdio.h> #include < string.h> #include < unistd.h> #include < stdlib.h> #include < sys/types.h> #include < sys/wait.h> #include < fcntl.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd_pipe[2] = {0}; pid_t pid; if( pipe(fd_pipe) < 0 ){// 创建无名管道 perror("pipe"); } pid = fork(); // 创建进程 if( pid < 0 ){ // 出错 perror("fork"); exit(-1); } if( pid == 0 ){ // 子进程sleep(3); char buf[] = "hello, tom"; write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf)); // 写数据_exit(0); }else if( pid > 0){// 父进程 fcntl(fd_pipe[0], F_SETFL, O_NONBLOCK); // 非阻塞 //fcntl(fd_pipe[0], F_SETFL, 0); // 阻塞while(1){ char str[50] = {0}; read( fd_pipe[0], str, sizeof(str) ); //读数据printf("str=[%s]\\n", str); sleep(1); } } return 0; }

测试结果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out str=[] str=[] str=[] str=[hello, tom] str=[] str=[] str=[] str=[] str=[]

默认的情况下，从管道中读写数据，还有如下特性：
1）调用 write() 函数向管道里写数据，当缓冲区已满时 write() 也会阻塞。
测试代码如下:

#include < stdio.h> #include < string.h> #include < unistd.h> #include < stdlib.h> #include < sys/types.h> #include < sys/wait.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd_pipe[2] = {0}; pid_t pid; char buf[1024] = {0}; memset(buf, \'a\', sizeof(buf)); // 往管道写的内容 int i = 0; if( pipe(fd_pipe) < 0 ){// 创建无名管道 perror("pipe"); } pid = fork(); // 创建进程 if( pid < 0 ){ // 出错 perror("fork"); exit(-1); } if( pid == 0 ){ // 子进程 while(1){ write(fd_pipe[1], buf, sizeof(buf)); i++; printf("i ======== %d\\n", i); }_exit(0); }else if( pid > 0){// 父进程 wait(NULL); // 等待子进程结束，回收其资源 } return 0; }

测试结果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out i ======== 1 i ======== 2 i ======== 3 i ======== 4 i ======== 5 i ======== 6 i ======== 7 i ======== 8 i ======== 9 i ======== 10 i ======== 11 i ======== 12 i ======== 13 i ======== 14 i ======== 15 i ======== 16 i ======== 17 i ======== 18 i ======== 19 i ======== 20 i ======== 21 i ======== 22 i ======== 23 i ======== 24 i ======== 25 i ======== 26 i ======== 27 i ======== 28 i ======== 29 i ======== 30 i ======== 31 i ======== 32 i ======== 33 i ======== 34 i ======== 35 i ======== 36 i ======== 37 i ======== 38 i ======== 39 i ======== 40 i ======== 41 i ======== 42 i ======== 43 i ======== 44 i ======== 45 i ======== 46 i ======== 47 i ======== 48 i ======== 49 i ======== 50 i ======== 51 i ======== 52 i ======== 53 i ======== 54 i ======== 55 i ======== 56 i ======== 57 i ======== 58 i ======== 59 i ======== 60 i ======== 61 i ======== 62 i ======== 63 i ======== 64

到了64没有打印，说明管道的缓冲区大小是64K
2）通信过程中，别的进程先结束后，当前进程读端口关闭后，向管道内写数据时，write() 所在进程会（收到 SIGPIPE 信号）退出，收到 SIGPIPE 默认动作为中断当前进程。
测试代码:

#include < stdio.h> #include < string.h> #include < unistd.h> #include < stdlib.h> #include < sys/types.h> #include < sys/wait.h> int main(int argc, char *argv[]) { int fd_pipe[2] = {0}; pid_t pid; if( pipe(fd_pipe) < 0 ){// 创建无名管道 perror("pipe"); } pid = fork(); // 创建进程 if( pid < 0 ){ // 出错 perror("fork"); exit(-1); } if( pid == 0 ){ // 子进程 //close(fd_pipe[0]); _exit(0); }else if( pid > 0 ){// 父进程 wait(NULL); // 等待子进程结束，回收其资源close(fd_pipe[0]); // 当前进程读端口关闭char buf[50] = "12345"; // 当前进程读端口关闭 // write()会收到 SIGPIPE 信号，默认动作为中断当前进程 write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf)); while(1); // 阻塞 } return 0; }

测试结果: