12.1 Linux_进程间通信_管道

概述

什么是无名管道：

无名管道就是在内核中开辟了一块内存，进程1和进程2都可以访问这一块空间，从而实现通信。

当无名管道被创建时，父进程fd $0$ 指向管道的读端，fd $1$ 指向管道的写端。fork创建子进程后，子进程也有一对fd $0$ 指向管道的读端，fd $1$ 指向管道的写端。具体结构如下：

之后可以使一个进程关闭读端，另一个进程关闭写端。关闭后的具体结构如下：

无名管道（pipe）的特点：

只能用作父子进程、兄弟进程之间的通信。
单工通信，具有固定的读端和写端。即：只能一段读一段写，如果想读写都可以，则需要两条管道。
创建无名管道时会返回2个文件描述符，分别用于读写管道

有名管道（fifo）的特点：

解决了无名管道只能用作父子进程、兄弟进程之间的通信的问题
有名管道通过路径名操作（管道文件p），在文件系统中可见，但内容存放在内存中。
遵循先进先出规则。
不支持lseek操作光标位置。
单工通信。

无名管道

1、创建

cpp 复制代码

int pipe(int pipefd[2]);

返回值：成功返回0，失败返回EOF

pipefd：返回的文件描述符，pipefd $0$ 用于读，pipefd $1$ 用于写

注意：对于一个进程，只能使用一个文件描述符。即：该进程要么读管道，要么写管道，不能同时读写。

2、读写

读写管道就是使用文件I/O，像普通文件一样进行读写。

读管道特性：

管道中有数据，read返回实际读取到的字节数
管道中无数据，且写端全部关闭，read返回0
管道中无数据，但写端没有关闭，read阻塞等待

写管道特性：

写管道时，读端全部关闭，进程异常终止，信号为SIGPIPE（管道破裂）。
写管道时，如果管道已满，write阻塞等待。管道大小为64K
写管道时，如果管道未满，write返回实际写入的字节数

实验代码

无名管道实验代码如下：

cpp 复制代码

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

int main(){
	int pfd[2];
	pid_t pid;
	char buf[100] = {0};
	//创建无名管道
	if(pipe(pfd)<0){
		perror("pipe");
		return -1;
	}
	pid = fork();
	if(pid<0){
		perror("fork");
		return -1;
	}else if(pid == 0){
		while(1){
			write(pfd[1],"pipe test",strlen("pipe test"));//写管道
			close(pfd[0]);//关闭读
            sleep(1);
		}
	}else{
		while(1){
			read(pfd[0],buf,sizeof(buf));//读管道
            close(pfd[1]);//关闭写
			printf("read:%s\n",buf);
		}
	}
	return 0;
}

有名管道

1、创建

cpp 复制代码

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

返回值：成功返回0，失败返回EOF

pathname：文件路径，不要新建在共享目录下。

mode：文件权限，实际权限 = mode & (~umask)

2、打开

打开管道文件就是使用使用文件I/O的open函数。

注意：open的flag参数只能传入O_RDONLY或O_WRONLY，因为管道只能一端读或一端写。

注意：当open的flag没有加上O_NONBLOCK时，open进入阻塞状态，直到有另一个进程以对应的只读或只写打开。即：进程A只读打开时阻塞，直到进程B只写打开；或者进程A只写打开时阻塞，直到进程B只读打开。

3、读写

读写管道就是使用文件I/O，像普通文件一样进行读写。

写入数据完整性问题：

在多进程写入管道时，当写入数据的大小 <= PIPE_BUF(4K)时，系统会自动保证数据的完整性，即要么全部写入，要么一个不写。当写入数据 > 4K时，不能自动保证数据完整性。

实验代码

writefifo.c代码如下：

cpp 复制代码

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#define FIFO_PATH "./fifo"
int main(){
	
	int fd;
	//创建有名管道
	if(mkfifo(FIFO_PATH,0777)<0){
		perror("mkfifo");
	}
	//打开管道文件
	if((fd = open(FIFO_PATH,O_WRONLY)) < 0){//以只读方式打开
		perror("open");
	}
	//写管道
	while(1){
		write(fd,"write fifo",strlen("write fifo"));
		printf("has write\n");
		sleep(1);
	}
	//关闭文件
	close(fd);

	return 0;
}

readfifo.c代码如下：

cpp 复制代码

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#define FIFO_PATH "./fifo"
int main(){
	
	int fd;
	char buf[100];
	//打开管道文件
	if((fd = open(FIFO_PATH,O_RDONLY)) < 0){//以只写方式打开
		perror("open");
	}
	//读管道
	while(1){
        //有数据才操作，防止写端关闭read不进行阻塞导致刷屏
		if(read(fd,buf,sizeof(buf)-1)>0){
			printf("read:%s\n",buf);
			memset(buf,0,sizeof(buf));
		}
	}
	//关闭文件
	close(fd);

	return 0;
}

代码运行结果如下：