Linux应用层开发 --- 管道

管道：属于 Linux 古老的IPC 进程间通信方式，本质是内核开辟的一块缓冲区，充当进程之间数据传输的通道，分为无名管道（pipe）、有名管道（FIFO）两种。

一、无名管道

无名管道：只能用在具有亲缘关系的进程间通信（父子进程）

1. 本质

管道本质是内核中的一段缓冲区，默认64K字节，遵循队列存储方式(FIFO，先进先出)

2. 特点

（1）写阻塞：当管道的读写端都存在时，管道写满数据时，发生写阻塞

（2）读阻塞：当管道的读写端都存在时，管道为空时，读管道发生读阻塞

（3）读返回0：当管道没有写端，只有读端时，管道中有数据则读出数据，无数据时，不再读阻塞，读管道直接返回0字节

（4）管道破裂：当管道没有读端，向管道中写数据，发生管道破裂异常

3. 操作流程

（1）创建并打开管道：pipe();

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd $2$ );

功能：创建并打开一个无名管道

参数：

pipefd：管道读端和写端的文件描述符

pipefd $0$ ：读 pipefd $1$ ：写

返回值：

成功：0

失败：-1

（2）读管道：read();

（3）写管道：write();

（4）关闭管道：close();

示例：

复制代码

int main(void)
{
	int pipefd[2];
	int ret = pipe(pipefd);
	if(-1 == ret)
	{
		perror("pipe error");
		return -1;
	}
	pid_t pid = fork();
	if(pid > 0)
	{
		close(pipefd[0]);//关闭读端
		write(pipefd[1], "hello son", 9);
		close(pipefd[1]);
	}
	if(0 == pid)
	{
		close(pipefd[1]);//关闭写端
		char buff[1024] = {0};
		read(pipefd[0], buff, sizeof(buff));
		printf("buff = %s\n", buff);
		close(pipefd[0]);
	}
	else
	{
		perror("fork error");
	}
	return 0;
}

二、有名管道

有名管道：可以用在同一主机，任意进程间通信。

1. 阻塞特性

有名管道默认阻塞打开

以只读 (O_RDONLY)打开管道：程序会阻塞等待，直到另一个进程以只写 (O_WRONLY)打开该管道。
以只写 (O_WRONLY)打开管道：程序会阻塞等待，直到另一个进程以只读 (O_RDONLY)打开该管道。

通俗讲：读端等写端、写端等读端，两边都到位之后，通信才开始。

2. 读写行为规则

（1）写管道 ：管道缓冲区满的时候，write()会阻塞，直到读端取走一部分数据。

（2）读管道：

管道内有数据：read立刻读到数据返回。

管道为空：默认阻塞，等待写端写入数据。

（3）断开情况

读端全部关闭，写端继续写数据 → 写进程收到 SIGPIPE 管道破裂信号，进程异常终止

写端全部关闭，读端去读管道 → read 返回 0，代表读到文件末尾

3. 缓冲区大小

有名管道数据存放在内核缓冲区，磁盘上的 fifo 文件只作为一个入口标识，不会存储传输的数据。默认缓冲区大小：4096字节，数据读完，缓冲区的数据就消失。

4. 半双工特性

有名管道属于半双工通信，同一时刻只能单向传递数据。

如果需要双向收发，必须创建两条独立的有名管道，一条负责 A→B，另一条 B→A。

5. 生命周期

mkfifo 创建出来的管道文件永久保存在磁盘；
进程退出不会自动删除管道文件；
用完后需要手动删除：remove("myfifo") 或者终端命令 rm myfifo。

6. 操作流程

（1）创建有名管道文件：mkfifo();

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

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

权限赋0664就可以

返回值：

成功：0

失败：-1

（2）打开管道文件：open();

（3）写管道文件：write();

（4）读管道文件：read();

（5）关闭管道文件：close();

补充：remove();删除一个文件或目录

练习1：一个进程从终端读数据、另一个进程打印该数据

复制代码

###read.c
int main(void)
{
    int ret = mkfifo("fifo",0664);
    if(-1 == ret && errno != EEXIST)
    {
        perror("mkfifo error");
        return -1;
    }

    int fd = open("fifo",O_RDONLY);
    if(-1 == fd)
    {
        perror("open fifo error");
        return -1;
    }
    char buff[1024] = {0};
    while(1)
    {
        memset(buff,0,sizeof(buff));
        size_t sizeread(fd,buff,sizeof(buff));
        if(size <= 0)//=0 close(write)  <0 error
        {
            break;
        }
        printf("buff = %s\n",buff);
    }
    close(fd);
    remove("fifo");

    return 0;
}

###write.c
int main(void)
{
	int ret = mkfifo("fifo", 0664);
	if (-1 == ret && errno != EEXIST)
	{
		perror("mkfifo error");
		return -1;
	}

	int fd = open("fifo", O_WRONLY);
	if (-1 == fd)
	{
		perror("open fifo error");
		return -1;
	}
    char buff[1024] = {0};
    while(1)
    {
        fgets(buff, sizeof(buff), stdin);
        if(0==strcmp(buff,".quit\n"))
        {
            break;
        }
	    write(fd,buff,strlen(buff));
    }
	close(fd);

	//remove("fifo");

	return 0;
}

练习2：将一个.png图片通过管道拷贝

复制代码

#####write.c

int main(int argc, const char *argv[])
{
	if (argc < 2)
	{
		printf("Usage : ./a.out <filename>\n");
		return -1;
	}

	mkfifo("myfifo", 0664);
	
	int fdfifo = open("myfifo", O_WRONLY);
	if (fdfifo < 0)
	{
		perror("open fifo error");
		return -1;
	}

	int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
	if (fd < 0)
	{
		perror("open error");
		return -1;
	}

	char buff[1024] = {0};
	ssize_t ret = 0;
	while ((ret = read(fd, buff, sizeof(buff))) > 0)
	{
		write(fdfifo, buff, ret);
	}

	close(fd);
	close(fdfifo);

	return 0;
}




#####read.c

int main(int argc, const char *argv[])
{
	if (argc < 2)
	{
		printf("Usage : ./a.out <filename>\n");
		return -1;
	}
	
	mkfifo("myfifo", 0664);

	int fdfifo = open("myfifo", O_RDONLY);
	if (fdfifo < 0)
	{
		perror("open fifo error");
		return -1;
	}
	
	int fd = open(argv[1], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664);
	if (fd < 0)
	{
		perror("open error");
		return -1;
	}

	ssize_t ret = 0;
	char buff[1024] = {0};
	while ((ret = read(fdfifo, buff, sizeof(buff))) > 0)
	{
		write(fd, buff, ret);
	}
	close(fd);
	close(fdfifo);

	return 0;
}

三、对比

项目	无名管道 pipe	有名管道 fifo
通信范围	仅限父子 / 兄弟（有血缘）进程	任意两个无血缘进程
磁盘文件	无文件，内核缓冲区	存在管道文件标识
打开方式	pipe 一次性创建读写两端	必须先用 mkfifo 创建，再 open 打开