Unix进程间的通信方式——无名管道pipe-学习笔记

一、何为进程间通信

进程间通信(IPC，InterProcess Communication)，是指在不同进程之间传播或交换信息。简单说就是进程之间可以相互发送数据。

IPC的方式通常有无名管道(PIPE)、有名管道(FIFO)、信号(Signal)、共享内存(Share Memory)、消息队列(Message Queue)、信号灯集(Semaphore Set)、套接字(Socket)、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。Socket用在网络编程中。

二、无名管道

　　管道通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。
　　特点有：
　　　　1、它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动，单向），具有固定的读端和写端。
　　　　2、它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间），实现依赖父子进程文件共享。
　　　　3、它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、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。

　　　　4、读pipe时，写端存在，有数据则读，无则阻塞；读pipe时，写端不存在，不能有数据，读则立刻返回。

　　　　5、写pipe时，读端存在，有空间则成功写，无空间则阻塞；写pipe时，读端不存在，有空间则管道破裂，无空间不存在。

　　　　6、写管道上限是65536

　　函数原型：

1 #include <unistd.h>
2 int pipe(int pipefd[2]);

　　由参数pipefd[2]返回两个文件描述符：filedes[0]为读而打开，filedes[1]为写而打开。filedes[1]的输出是filedes[0]的输入。

　　单个进程中的管道几乎没有任何用处。通常，调用pipe的进程接着调用fork，这样就创建了从父进程到子进程（或反向）的IPC通道。

　　父子进程都有读端和写端，子进程的是从父进程复制过来的。

　　进程复制的时候复制了PCB、文件结构体，不止拷贝了文件描述符。

观察单进程半双工管道的两种办法

调用fork之后的半双工管道

　　调用fork之后做什么取决于我们想要有的数据流的方向。例如，对于从父进程到子进程的管道，父进程关闭管道的读端(fd[0])，子进程则关闭写端(fd[1])。

从父进程到子进程管道

　　举例：

 1 /*例1：只有一个进程，读写管道文件*/
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 #include <assert.h>
 5 #include <string.h>
 6 #include <unistd.h>
 7 
 8 int main()
 9 {
10     int fd[2];
11     pipe(fd);
12 
13     write(fd[1],"hello world",12);
14 
15     sleep(2);
16 
17     char buff[128];
18     int n = read(fd[0],buff,127);
19     printf("read:%s\n",buff);
20 
21     close(fd[0]);
22     close(fd[1]);
23 }

 1 /*例2：创建由父进程到子进程的管道，父进程写入helloworld，子进程读取数据到buf，然后打印输出。*/
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 #include <string.h>
 5 #include <assert.h>
 6 #include <unistd.h>
 7 
 8 int main()
 9 {
10     int fd[2];
11     pipe(fd);//fd[0]是读，fd[1]是写
12     if(fork() != 0)
13     {
14         close(fd[0]);
15         write(fd[1],"helloworld",10);
16     }
17     else
18     {
19         close(fd[1]);
20         char buf[128] = {0};
21         read(fd[0],buf,127);
22         printf("%s\n",buf);
23     }
24     return 0;
25 }

 1 /*例3：使用管道文件，创建由父进程到子进程的管道，父进程循环输入数据，子进程循环读取数据，当写端输入end时，父子线程都结束。*/
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <string.h>
 4 #include <unistd.h>
 5 #include <stdlib.h>
 6 #include <assert.h>
 7 
 8 int main()
 9 {
10     int fd[2];
11     pipe(fd);
12 
13     pid_t pid = fork();
14 
15     if(pid == 0)
16     {
17         close(fd[1]);
18         char buff[128] = {0};
19         int n = 0;
20         while((n = read(fd[0],buff,127)) > 0)
21         {
22             printf("child read:%s\n",buff);
23         }
24         close(fd[0]);
25     }
26     else
27     {
28         close(fd[0]);
29         while(1)
30         {
31             char buff[128] = {0};
32             printf("input:\n");
33             fgets(buff,128,stdin);
34             if(strncmp(buff,"end",3)==0)
35             {
36                 break;
37             }
38             write(fd[1],buff,127);
39         }
40         close(fd[1]);
41     }
42     exit(0);
43 }

　　注意：
　　（1）当读一个写端已被关闭的管道是，在所有数据都被读取后，read返回0，以指示达到文件结束处。管道的写端彻底关闭（父子进程的写端都得关闭，否则会有进程处于未关闭状态，还在等待写），读端返回一个0，父子进程都得关闭。
　　（2）如果写一个读端已被关闭的管道，则产生信号SIGPIPE。如果忽略该信号或者捕捉该信号并从处理程序返回，则write返回-1，errno设置为EPIPE。