UNIX(进程间通信)：08 管道通信
匿名管道
匿名管道是进程间通信中比较简单的一种，他只用于有继承关系的进程，因为匿名，非继承关系的进程无法找到这个管道，也就无法完成通信，而有继承关系的进程，是通过fork出来的，父子进程可以获得得到管道。进一步来说，子进程可以使用继承于父进程的资源，但是他无法使用叔伯进程的资源。管道通信的原理如下:
父子进程通过fork后，子进程继承了父进程的文件描述符。所以他们指向同一个数据结构。父子进程通常只需要单向通信，父子进程各关闭自己的一端。当父子进程对管道进程读写的时候，操作系统会控制这一切，包括数据的读取和写入，进程的挂起和唤醒。
创建匿名管道
int pipe(int pipefd[2]); pipefd[0] : 表示读管道 pipefd[1] : 表示写管道 返回 0表示成功，非零表示创建失败。
//匿名管道
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main(){
int fds[2];
int len;
char buf[100]={};
if(pipe(fds)==-1) //创建管道
perror("pipe"),exit(1);
while(fgets(buf,100,stdin)) {
len = strlen(buf);
if(write(fds[1],buf,len)==-1) //把内容写进管道
perror("write"),exit(1);
memset(buf,0x00,sizeof(char)*100);
if(read(fds[0],buf,len)==-1) //从管道里面读取内容到数组中
perror("read"),exit(1);
if(write(1,buf,len)==-1) //把从管道里读出的内容写到标准输出
perror("write"),exit(1);
}
return 0;
}结果展示:
日常运用事例 who | wc -l 这样的事例我们经常用到，用管道连接命令会令你得心应手。
图片解析
利用管道进行父子进程通信
图片解析原理
代码示例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main(){
char buf[1024]="hello world!\n";
int fds[2];
if(pipe(fds)==-1)
perror("pipe"),exit(1);
pid_t pid = fork(); //创建匿名管道
if(pid==0) {
close(fds[0]); //关闭管道读描述符
if(write(fds[1],buf,1024)==-1) //写进管道
perror("write"),exit(1);
close(fds[1]); exit(1);
} else {
memset(buf,0x00,1024);
close(fds[1]); //关闭管道写描述符
if(read(fds[0],buf,1024)==-1) //从管道读内容
perror("read"),exit(1);
if(write(1,buf,1024)==-1) perror("write"),exit(1);
close(fds[0]); exit(1);
}
return 0;
}结果
详细过程图解
管道读写规则
当没有数据可读时
- O_NONBLOCK disable：read调用阻塞，即进程暂停执行，.一直等到有数据来到为止。
- O_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。
当管道满的时候
- O_NONBLOCK disable：write调用阻塞，直到有进程读.走数据
- O_NONBLOCK enable：调用返回-1，errno值为EAGAIN
- 如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0
- 如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE,进而可能导致write进程退出
- 当要写.入的数据量不.大于PIPE_BUF时，linux将保证写.入的原.子性。
- 当要写.入的数据量.大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写.入的原.子性。
管道特点
- 只能⽤用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进⾏行通信；通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调⽤用fork，此后⽗父、⼦子进程之间就可应⽤用该管道。
- 管道提供流式服务
- 一般⽽而⾔言，进程退出，管道释放，所以管道的⽣生命周期随进程
- 一般⽽而⾔言，内核会对管道操作进⾏行同步与互斥管道是半双⼯工的，数据只能向⼀一个⽅方向流动；需要双⽅方通信时，需要建⽴立起两个管道
命名管道
我们刚刚可以用匿名管道在父子进程之间通信，那如果是两个不想光的进程之间该如何通信呢？
创建命名管道
在命令行可以直接创建mkfifo filename
这里你可以看到是一个管道文件。 也可以在程序内部创建，相关函数 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
代码示例：
int main()
{
mkfifo("filename",0644);
return 0;
}无关进程之间通信代码示例
从标准输入读入内容进管道
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
int main()
{
mkfifo("my.p",0664);
int outfd = open("my.p",O_WRONLY);
if(outfd==-1)
perror("open my.txt"),exit(1);
char buf[1024]={};
int n = 0;
while(fgets(buf,1024,stdin))
{
write(outfd,buf,1024);
memset(buf,0x00,1024);
}
close(outfd);
从管道中读内容，标准输出输出
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
int main()
{
int infd = open("my.p",O_RDONLY);
if(infd==-1)
perror("open my.p"),exit(1);
char buf[1024]={};
int n = 0;
while((n = read(infd,buf,1024))>0)
{
write(1,buf,n);
memset(buf,0x00,1024);
}
close(infd);
unlink("my.p"); //删除管道
return 0;
}
这里就利用管道实现了两个无关进程之间的通信。匿名管道和命名管道的区别。
- 匿名管道由pipe函数创建并打开。
- 命名管道由mkfifo函数创建，打开⽤用open
- FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在它们创建与打开的⽅方式不同，一但这些工作完成之后，它们具有相同的语义。
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