Linux 管道理解

一、什么是管道

1.1 unix中最古老的进程间通信

1.2 一个进程链接到另一个进程的数据流称为"管道"：

图解：

二、管道通信的原理

2.1当我们创建一个进程然后打开一个文件的时候

会经过以下步骤：

①首先要描述这个进程，为这个进程创建一个task_struct的结构体对象；

②然后通过task_struct结构体里的文件描述符表指针找到这张文件描述符表；

③通过文件描述符表里的指针指向所对应打开的文件；

④文件里包含有inode文件属性、file_operators读写方法、缓冲区；

这时候就可以调用文件的读写方法对这个文件进行操作了！

图解：

2.2 当我们创建一个子进程的时候

此时子进程就能够看到父进程所看到的所有文件！！

进程通信的本质：让不同的进程看到统一份资源！

既然子进程能够看到父进程的内容了，那么父子进程之间怎么进行通信呢？？

2.3 约定

想进行通讯父子进程间必须要有一个约定，要么规定父进程写入，子进程读取；或者父进程读取，子进程写入；

然而这样就行了吗？还没有，因为如果父进程是以读的方式打开的文件，子进程继承后也只能以读的方式操作这个文件而不能实现父写子读、父读子写，那怎么办呢？

2.4 方法

①父进程打开文件的时候以读文件打开一次文件，再以写方式打开一次文件（共打开两次同一文件）；

②父进程fork子进程后，子进程继承父，并根据实际的场景，关闭父的读+子的写（实现父写子读）或者关闭父的写+子的读（实现父读子写）！

图解：

三、代码实现

3.1 用到的接口

①：建立管道接口

复制代码

#include <unistd.h>  //头文件
int pipe(int pipefd[2]); //返回值小于0表示失败，pipefd 输出型参数，意思传入一个数组把文件的文件描述符带出来让用户使用！！

记住**：pipefd[0] :读下标** pipefd[1] ：写下标

②：系统调用写接口

cpp 复制代码

#include<unistd.h> //头文件
ssize_t write(int fd,void*buffer,size_t count);
//fd -> 写入一个被打开的文件的描述符
//buffer -> 作为缓冲区用来写入/读取文件
// count -> 写入的大小
//size_t 写入成功返回写入的字节数，写入失败返回-1

③：系统调用读接口

cpp 复制代码

#include <unistd.h> //头文件
ssize_t read(int fd,void*buffer,size_t count);
//fd ->  被打开的文件的描述符（从哪读）
// buffer -> 读写缓冲区 （读到哪）
// count -> 读取的字节数
// ssize_t -> 读取成功返回读取的字节数，读取失败返回-1，读取到文件末尾返回0

④：fork()函数

cpp 复制代码

#include <unistd.h> //头文件
#include <sys/types.h> //头文件
函数原型
   pid_t fork( void);
  （pid_t 是一个宏定义，其实质是int 被定义在#includesys/types.h>中）
   返回值：若成功调用一次则返回两个值，子进程返回0，父进程返回子进程ID；否则，出错返回-1

⑤：snprintf()函数

cpp 复制代码

#include <stdio.h>//头文件
int snprintf(char* str,size_t size,const char*format,...);
//str -> 写到的位置
// size -> 写到的位置的大小
// format -> 格式字符串
// ... 列表

⑥：waitpid（）函数

cpp 复制代码

#include <sys/types.h> 
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);

3.2 linux下实现两个进程之间的管道通信

cpp 复制代码

//testipc1.cpp
#include <unistd.h>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <iostream>
#define SIZE 1024
using namespace std;
void Write(int wfd)
{
    //写入内容
    char buffer[SIZE]={0};//缓冲区
    int number =0;//记录写入次数
    const char*message="hello linux!! i am child!!";
    while (true)
    {
        //子不停写
        snprintf(buffer,sizeof(buffer),"%s - pid:%d -%d\n",message,getpid(),number++);
        write(wfd,buffer,strlen(buffer));
         sleep(2);//每隔两秒写
    }
    
}
void Read(int rfd)
{
    char buffer[SIZE]={0};//缓冲区
    while(true)
    {

   ssize_t redcount= read(rfd,buffer,sizeof(buffer));
   if(redcount){
    buffer[redcount]='\0';
   }
   cout<<buffer<<endl;
    }
}
int main()
{
    int pipefd[2];
    int retpipe=pipe(pipefd);//建立管道
    pid_t id=fork();//创建子进程
    if(id<0)return 1;//创建失败
    else if(id==0)
    {
        //child
        //父读子写，子关闭读
        close(pipefd[0]);
        Write(pipefd[1]);
        exit(0);//子写完退出程序
    }
    else
    //farther
    //父读子写，父关闭写
    close(pipefd[1]);
    Read(pipefd[0]);
    pid_t retpid=(id,NULL,0);
    if(retpid<0)return 3;//等待失败
    return 0;
}

cpp 复制代码

//makefile文件
testipc1:testipc1.cpp ##依赖目标：依赖文件
	g++ -o $@ $^ -std=c++11     
.PHONY:clean
clean:
	rm -f testipc1

测试：

父进程成功读取子进程写入的内容！！

四、总结

4.1、管道的五大特征

①具有血缘关系的进程；

②父子进程会协同，同步与互斥，---保护管道文件的数据安全；

③管道只能单向通信；

④管道是面向字节流的；

⑤管道是基于文件的，而文件的生命周期是随进程的；

4.2、管道的几种情况

①读写端正常，管道如果为空，读端阻塞；

②读写正常，管道写满，写端阻塞；

③读端正常，写端关闭，读端会读到0；