Linux下进程间通信方式——pipe（管道）

原文链接：进程间的通信方式——pipe（管道）

1.进程间通信

每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

不同进程间的通信本质：进程之间可以看到一份公共资源；而提供这份资源的形式或者提供者不同，造成了通信方式不同，而 pipe就是提供这份公共资源的形式的一种。

2.匿名管道

（一）管道的创建

管道是由调用pipe函数来创建

#include <unistd.h>
int pipe (int fd[2]);
 //返回:成功返回0，出错返回-1   

fd参数返回两个文件描述符,fd[0]指向管道的读端,fd[1]指向管道的写端。fd[1]的输出是fd[0]的输入。

（二）管道如何实现进程间的通信

（1）父进程创建管道，得到两个⽂件描述符指向管道的两端。

（2）父进程fork出子进程，⼦进程也有两个⽂件描述符指向同⼀管道。

（3）父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1]，即⽗进程关闭管道读端,⼦进程关闭管道写端（因为管道只支持单向通信）。⽗进程可以往管道⾥写,⼦进程可以从管道⾥读,管道是⽤环形队列实现的,数据从写端流⼊从读端流出,这样就实现了进程间通信。

（三）例子

#include <stdio.h>  
#include <unistd.h>  
#include <string.h>  
#include <errno.h>  
int main()  
{  
    int fd[2];  
    int ret = pipe(fd);  
    if (ret == -1)  
    {  
        perror(”pipe error\n”);  
        return 1;  
    }  
    pid_t id = fork();  
    if (id == 0)  
    {//child  
        int i = 0;  
        close(fd[0]);  
        char *child = “I am  child!”;  
        while (i<5)  
        {  
            write(fd[1], child, strlen(child) + 1);  
            sleep(2);  
            i++;  
        }  
    }  
    else if (id>0)  
    {//father  
        close(fd[1]);  
        char msg[100];  
        int j = 0;  
        while (j<5)  
        {  
            memset(msg,’\0’,sizeof(msg));  
            ssize_t s = read(fd[0], msg, sizeof(msg));  
            if (s>0)  
            {  
                msg[s - 1] = ’\0’;  
            }  
            printf(”%s\n”, msg);  
            j++;  
        }  
    }  
    else  
    {//error  
        perror(”fork error\n”);  
        return 2;  
    }  
    return  0;  
}  

运行结果：

每隔2秒打印一次I am child! 并且打印了五次。

（四）管道读取数据的四种的情况

（1）读端不读，写端一直写

（2）写端不写，但是读端一直读

（3）读端一直读，且fd[0]保持打开，而写端写了一部分数据不写了，并且关闭fd[1]。

由（2）（3），如果一个管道读端一直在读数据，而管道写端的引⽤计数⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只读不写会导致管道堵塞。

（4）读端读了一部分数据，不读了且关闭fd[0]，写端一直在写且f[1]还保持打开状态。

#include <stdio.h>  
#include <unistd.h>  
#include <string.h>  
#include <errno.h>  
int main()  
{  
    int fd[2];  
    int ret = pipe(fd);  
    if (ret == -1)  
    {  
        perror(”pipe error\n”);  
        return 1;  
    }  
    pid_t id = fork();  
    if (id == 0)  
    {//child  
        int i = 0;  
        close(fd[0]);  
        char *child = “I am  child!”;  
        while (i<10)  
        {  
            write(fd[1], child, strlen(child) + 1);  
            sleep(2);  
            i++;  
        }  
    }  
    else if (id>0)  
    {//father  
        close(fd[1]);  
        char msg[100];  
        int status = 0;  
        int j = 0;  
        while (j<5)  
        {  
            memset(msg, ’\0’, sizeof(msg));  
            ssize_t s = read(fd[0], msg, sizeof(msg));  
            if (s>0)  
            {  
                msg[s - 1] = ’\0’;  
            }  
            printf(”%s  %d\n”, msg, j);  
            j++;  
        }  
        //写方还在继续,而读方已经关闭它的读端  
        close(fd[0]);  
        pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);  
        printf(”exitsingle(%d),exit(%d)\n”, status & 0xff, (status >> 8) & 0xff);  
        //低八位存放该子进程退出时是否收到信号  
        //此低八位子进程正常退出时,退出码是多少  
    }  
    else  
    {//error  
        perror(”fork error\n”);  
        return 2;  
    }  
    return  0;  
}  

运行结果：

使用kill -l 查看13号信号，可以知道13号信号代表SIGPIPE。

总结：

如果一个管道的写端一直在写，而读端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只写不读再次调用write会导致管道堵塞；

如果一个管道的读端一直在读，而写端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只读不写再次调用read会导致管道堵塞；

而当他们的引用计数等于0时，只写不读会导致写端的进程收到一个SIGPIPE信号，导致进程终止，只写不读会导致read返回0,就像读到⽂件末尾⼀样。

（五）管道特点

1.管道只允许具有血缘关系的进程间通信，如父子进程间的通信。

2.管道只允许单向通信。

3.管道内部保证同步机制，从而保证访问数据的一致性。

4.面向字节流

5.管道随进程，进程在管道在，进程消失管道对应的端口也关闭，两个进程都消失管道也消失。

（六）管道容量大小

测试管道容量大小只需要将写端一直写，读端不读且不关闭fd[0],即可。

测试代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
    int fd[2];
    int ret = pipe(fd);
    if (ret == -1)
    {
        perror("pipe error\n");
        return 1;
    }
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {//child
        int i = 0;
        close(fd[0]);
        char *child = "I am  child!";
        while (++i)
        {
            write(fd[1], child, strlen(child) + 1);
            printf("pipe capacity: %d\n", i*(strlen(child) + 1));
        }
        close(fd[1]);
    }
    else if (id>0)
    {//father
        close(fd[1]);
        waitpid(id, NULL, 0);
    }
    else
    {//error
        perror("fork error\n");
        return 2;
    }
    return  0;
}

可以看到写到65520之后管道堵塞了，而65536即为64K大小即为管道的容量（由于代码问题，少统计一次数据）