【Linux】学习记录_10_管道

10 管道

数据可以从一个进程流向另一个进程

10.1 匿名管道PIPE

匿名管道有以下的特征：

没有名字，因此不能使用open()函数打开，但可以使用close()函数关闭。
只提供单向通信（半双工），也就是说，两个进程都能访问这个文件，假设进程1往文件内写东西，那么进程2就只能读取文件的内容。
只能用于具有血缘关系的进程间通信，通常用于父子进程建通信。
管道是基于字节流来通信的。
依赖于文件系统，它的生命周期随进程的结束而结束。
写入操作不具有原子性，因此只能用于一对一的简单通信情形。
管道也可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read()和write()等函数。但是它又不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内核的内存空间中，因此不能使用lseek()来定位。

10.2 命名管道FIFO

命名管道有以下的特征：

有名字，存储于普通文件系统之中。
任何具有相应权限的进程都可以使用 open()来获取命名管道的文件描述符。
跟普通文件一样：使用统一的 read()/write()来读写。
跟普通文件不同：不能使用 lseek()来定位，原因是数据存储于内存中。
具有写入原子性，支持多写者同时进行写操作而数据不会互相践踏。
遵循先进先出（First In First Out）原则，最先被写入 FIFO的数据，最先被读出来。

10.3 pipe()函数

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int pipe(int pipefd[2]);

数组pipefd是用于返回两个引用管道末端的文件描述符， pipefd $0$ 指管道的读取端，pipefd $1$ 指向管道的写端，向管道的写入端写入数据将会由内核缓冲，即写入内存中，直到从管道的读取端读取数据为止，而且数据遵循先进先出原则。pipe()函数还会返回一个int类型的变量，如果为0则表示创建匿名管道成功，如果为-1则表示创建失败，并且设置errno。

匿名管道创建成功以后，创建该匿名管道的进程（父进程）同时掌握着管道的读取端和写入端，但是想要父子进程间有数据交互，则需要以下操作：

父进程调用pipe()函数创建匿名管道，得到两个文件描述符pipefd $0$ 、pipefd $1$ ，分别指向管道的读取端和写入端。
父进程调用fork()函数启动（创建）一个子进程，那么子进程将从父进程中继承这两个文件描述符pipefd $0$ 、pipefd $1$ ，它们指向同一匿名管道的读取端与写入端。
由于匿名管道是利用环形队列实现的，数据将从写入端流入管道，从读取端流出，这样子就实现了进程间通信，但是这个匿名管道此时有两个读取端与两个写入端。
如果想要从父进程将数据传递给子进程，则父进程需要关闭读取端，子进程关闭写入端
如果想要从子进程将数据传递给父进程，则父进程需要关闭写入端，子进程关闭读取端
当不需要管道的时候，就在进程中将未关闭的一端关闭即可

10.4 fifo()函数

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int mkfifo(const char * pathname,mode_t mode);

mkfifo()会根据参数pathname建立特殊的FIFO文件，而参数mode为该文件的模式与权限。

mkfifo()创建的FIFO文件其他进程都可以进行读写操作，可以使用读写一般文件的方式操作它，如open，read，write，close等。

mode模式及权限参数说明：

O_RDONLY：读管道。
O_WRONLY：写管道。
O_RDWR：读写管道。
O_NONBLOCK：非阻塞。
O_CREAT：如果该文件不存在，那么就创建一个新的文件，用第三个参数为其设置权限
O_EXCL：如果使用O_CREAT时文件存在，那么可返回错误消息。可测试文件是否存在。

函数返回值说明如下：

0：成功
EACCESS：参数 filename 所指定的目录路径无可执行的权限。
EEXIST：参数 filename 所指定的文件已存在。
ENAMETOOLONG：参数 filename 的路径名称太长。
ENOENT：参数 filename 包含的目录不存在。
ENOSPC：文件系统的剩余空间不足。
ENOTDIR：参数 filename 路径中的目录存在但却非真正的目录。
EROFS：参数 filename 指定的文件存在于只读文件系统内。

使用FIFO的过程中，当一个进程对管道进行读操作时：

若该管道是阻塞类型，且当前FIFO内没有数据，则对读进程将一直阻塞到有数据写入。
若该管道是非阻塞类型，不论FIFO内是否有数据，读进程都会立即执行读操作。即如果FIFO内没有数据，读函数将立刻返回 0。

使用FIFO的过程中，当一个进程对管道进行写操作时：

若该管道是阻塞类型，则写操作将一直阻塞到数据可以被写入。
若该管道是非阻塞类型而不能写入全部数据，则写操作进行部分写入或者调用失败