Linux进程通信-管道（pipe）

简述

　　在Linux系统中，管道是一种最基本的IPC机制，要理解管道的机制，我们可以举一个简单的例子，在linux系统下的进程都是独立，如果两个进程需要交流也就是通信，我们需要开辟一个他们两个可以共同访问的区域，而管道，简单来讲就是为了实现这一目的而建立的，管道由pipe函数创建，调用pipe函数时，在内核中会开辟一块缓冲区（简称管道）用来通信，由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。

创建过程

我们用一幅图来描述一下管道的创建过程

简单来概括一下这几个步骤
1. 父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的读端和写端。
2. 父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。
3. 父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信。
下面我们来具体实现一下：

#inlcude<stdio.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<string.h>int main(){     int _pipe[2];     int ret = pipe(_pipe);     if(ret == -1)     {      printf("create erro cod : %d\n",errno);      return 1;     }     pid_t id = fork();     if(id < 0)      {         printf("fork erro");         return 2;     }     else if(id == 0)//子进程     {     close(_pipe[0])//关闭输入     int i = 0;     char * _mesg = NULL;     while(i < 100)     _mesg = " child ";     write(_pipe[1],_mesg,strlen(_mesg)+1);     sleep(1);     i++;     }     else     {     close(_pipe[1]);//父进程读     char _mesgF[100];     int j = 0;     while(j < 100)     {          memset(_mesgF,'\0',sizeof(_mesgF));          read(_pipe[0],_mesgF,sizeof(_mesgF));          printf("%s\n",_mesgF);          j++;      }    }    return 0;}

管道在使用的同时也存在一些局限性：
① 数据自己读不能自己写。
② 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。
④ 只能在有公共祖先的进程间使用管道。（父子间）

命名管道

　　由于基于fork机制，所以管道只能用于父进程和子进程之间，或者拥有相同祖先的两个子进程之间 (有亲缘关系的进程之间)。为了解决这一问题，Linux提供了FIFO方式连接进程。FIFO又叫做命名管道(named PIPE)。
　　FIFO (First in, First out)为一种特殊的文件类型，它在文件系统中有对应的路径。当一个进程以读(r)的方式打开该文件，而另一个进程以写(w)的方式打开该文件，那么内核就会在这两个进程之间建立管道，所以FIFO实际上也由内核管理，不与硬盘打交道。之所以叫FIFO，是因为管道本质上是一个先进先出的队列数据结构，最早放入的数据被最先读出来，从而保证信息交流的顺序。FIFO只是借用了文件系统(file system,命名管道是一种特殊类型的文件，因为Linux中所有事物都是文件，它在文件系统中以文件名的形式存在。)来为管道命名。写模式的进程向FIFO文件中写入，而读模式的进程从FIFO文件中读出。当删除FIFO文件时，管道连接也随之消失。FIFO的好处在于我们可以通过文件的路径来识别管道，从而让没有亲缘关系的进程之间建立连接。
　　命名管道有两种创建方式，一是在Shell下交互地建立一个命名管道，二是在程序中使用系统函数建立命名管道。
　　Shell方式下建立命名管道使用系统函数mknod和mkfifo.函数调用如下。　

#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>int mkfifo(const char *path, mode_t mode,dev_t dev);int mknode(const char *path,mode_t mode);

其中pathname是被创建的文件名称，mode表示将在该文件上设置的权限位，dev是当创建设备特殊文件时使用的一个值。这两个函数调用成功都返回0,失败都返回-1
下面我们来创建一个管道
因为现在我们创建的是一个命名管道，所以我们需要创建两个非亲缘进程来实验我们的管道
我们要创建一个读端和一个写端

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <unistd.h>#include <fcntl.h>#include <string.h>#define _PATH_ "/tmp/file.tmp"#define _SIZE_ 100int main()//读端{    int fd = open(_PATH_, O_RDONLY);    if(fd < 0){    printf("open file error!\n");    return 1;    }    char buf[_SIZE_];    memset(buf, '\0', sizeof(buf));    while(1){    int ret = read(fd, buf, sizeof(buf));    if (ret <= 0)//error or end of file    {    printf("read end or error!\n");    break;    }    printf("%s\n", buf);    if( strncmp(buf, "quit", 4) == 0 ){    break;    }    }    close(fd);    return 0;}

下面是写端

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <fcntl.h>#define _PATH_ "/tmp/file.tmp"#define _SIZE_ 100int main(){    int ret = mkfifo(_PATH_,0666｜S_IFIFO);    if(ret == -1){    printf("mkfifo error\n");    return 1;    }    int fd = open(_PATH_, O_WRONLY);    if(fd < 0){    printf("open error\n");    }    char buf[_SIZE_];    memset(buf, '\0', sizeof(buf));    while(1){    scanf("%s", buf);    int ret = write(fd, buf, strlen(buf)+1);    if(ret < 0){    printf("write error\n");    break;    }    if( strncmp(buf, "quit", 4) == 0 ){    break;    }    }    close(fd);    return 0;}

总结

　　管道是进程间通信的一种方式，而一般的管道我们称之为匿名管道，但是匿名管道有一个问题在于只能在亲缘进程之间使用，因此诞生出了一种新的不受亲缘约束的命名管道。