Linux下的管道通信

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管道

管道是什么？

这里说的管道可绝不是我们想当然的引导水流的管道，不过原理是一样的！其实这里的管道也是用来导流的，不过引导的是数据流而已~， 
管道又可以分为无名管道,命名管道，两者的用途是不一样的。

• 匿名管道PIPE：主要用于具有亲缘关系的进程之间的通信，匿名管道的通信是单向的，只能由一段到另外一段；匿名管道是临时性的，完成通信后将自动消失。一般采用先创建匿名管道，再创建子进程，使子进程继承父进程的管道文件描述符，从而实现父子进程间的通信；在非亲缘关系管道之间，如果想利用匿名管道进行通信，则需要借助另外的文件描述符传递机制。

• 命名管道FIFO：命名管道是一个实际存在的特殊文件，利用命名管道可以实现同主机任意进程之间的通信。

匿名管道

调用pipe函数时在内核中开辟一块缓冲区(称为管道)用于通信，它有一个读端⼀一个写端,然后通 过filedes参数传出给用户程序两个文件描述符，filedes[0]指向管道的读端，filedes[1]指向管道的 写端(很好记,就像0是标准输入1是标准输出一样)。所以管道在用户程序看起来就像一个打开 的文件,通过read(filedes[0])，或者write(filedes[1])；向这个文件读写数据其实是在读写内核缓冲 区。pipe函数调用成功返回0，调用失败返回-1。

匿名管道的测试代码：

#include<string.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
    int fds[2]={0,0};//创建一个filedes数组用于传输两个文件描述符
    if(pipe(fds) < 0){//若创建失败，则返回失败原因
        perror("pipe");
        return 1;
    }
    pid_t id = fork();//fork()函数生成两个执行分支，分别是父子进程
    if(id==0){//child进程
        close(fds[0]);//关闭child进程读端
        char msg[] = "hello pid! I am child";//设置要发送的内容
        int i=0;
        while(1){//每隔一秒发送一次要发送的内容
            write(fds[1], msg, strlen(msg));
            sleep(1);
        }
    }else{//father进程
            close(fds[1]);//关闭father进程的写端
            char buf[1024];//为father进程开辟一块缓冲区用来暂存读进来的信息
            int i = 0;
            while(1){
                ssize_t s = read(fds[0], buf, sizeof(buf));//读信息
                if(s>0){
                    buf[s] = 0;//读完加上字符串结束标志
                    printf("clild->father# %s\n",buf);
                }
                if(i++>5){//读5次就可以了
                    break;
                }
            }
        close(fds[0]);//关闭father的读端
        int status = 0;
        pid_t ret= waitpid(id, &status, 0);
        printf("status: %d, sig: %d, exitcode: %d\n",status, status&0xff,(status>>8)&0xff);//打印father进程收到的信号和退出码
    }
return 0;
}

这是child进程关闭读端，father进程关闭写端所执行的结果：

都打开的结果：

child进程关闭写端，father进程关闭读端：

这其实和child写关闭father读开放的道理是一样的，子不写父就不读了，所以会一直等待 ，充分说明我们的管道自带同步机制。

child一直写，但父进程不读：

这种情况按理说child进程一直在写直到写满缓冲区为止，但我们的系统则会采取措施自动发送13信号来终止管道。

总结

• 1，只能进行单向通信；
• 2，只能在有血缘关系的进程之间通信；
• 3，是面向数据流的通信；
• 4，生命周期随进程；
• 5，自带同步，互斥和控制机制。

命名管道

管道的一个不足之处是没有名字，因此，只能用于具有亲缘关系的进程间通信，在命名管 道（named pipe或FIFO）提出后，该限制得到了克服。FIFO不同于管道之处在于它提供一 个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存储于文件系统中。命名管道是一个设备文件，因 此，即使进程与创建FIFO的进程不存在亲缘关系，只要可以访问该路径，就能够通过FIFO 相互通信。值得注意的是，FIFO(first input first output)总是按照先进先出的原则工作，第一 个被写入的数据将首先从管道中读出。

命名管道的创建与读写

Linux下有两种方式创建命名管道。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方式下可使用mknod或mkfifo命令，下面命令使用 mknod创建了一个命名管道： mknod namedpipe 创建命名管道的系统函数有两个：mknod和mkfifo。两个函数均定义在头文件sys/stat.h， 函数原型如下： 
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#include <sys/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
int mknod(const char *path,mode_t mod,dev_t dev); int mkfifo(const char *path,mode_t mode); 
函数mknod参数中path为创建的命名管道的全路径名：mod为创建的命名管道的模式，指 明其存取权限；dev为设备值，该值取决于文件创建的种类，它只在创建设备文件时才会用 到。这两个函数调用成功都返回0，失败都返回－1。下面使用mknod函数创建了一个命名管道：

 umask(0);
  if (mknod("/tmp/fifo",S_IFIFO | 0666) == -1) 
  { 
      perror("mkfifo error"); exit(1);
  }     

函数mkfifo前两个参数的含义和mknod相同。下面是使用mkfifo的示例代码：

    umask(0); 
    if (mkfifo("/tmp/fifo",S_IFIFO|0666) == -1)
    { 
         perror("mkfifo error!"); exit(1);
    } 

“S_IFIFO|0666”指明创建一个命名管道且存取权限为0666，即创建者、与创建者同组的 用户、其他用户对该命名管道的访问权限都是可读可写（这里要注意umask对生成的 管道文件权限的影响）。 命名管道创建后就可以使用了，命名管道和管道的使用方法基本是相同的。只是使用命 名管道时，必须先调用open()将其打开。因为命名管道是一个存在于硬盘上的文件，而管道 是存在于内存中的特殊文件。 需要注意的是，调用open()打开命名管道的进程可能会被阻塞。但如果同时用读写方式 （O_RDWR）打开，则一定不会导致阻塞；如果以只读方式（O_RDONLY）打开，则调 用open()函数的进程将会被阻塞直到有写方打开管道；同样以写方式（O_WRONLY）打开 也会阻塞直到有读方式打开管道。

测试代码：

//server.c

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

int main()
{
    umask(0);//默认权限值为0
    if(mkfifo("./mypipe", 0666|S_IFIFO) < 0){//创建命名管道权限值为666，若小于0则创建失败返回
        perror("mkfifo");
        return 1;
    }
    int fd = open("./mypipe", O_RDONLY);//打开用只读的方式打开创建的管道
    if(fd< 0){
        perror("open");
        return 2;
    }

    char buf[1024];//设置缓存区
    while(1){//不停地读缓存区的内容
        ssize_t s = read(fd, buf, sizeof(buf)-1);
        if(s > 0){
            buf[s] = 0;
            printf("client say# %s",buf);
        }else if(s == 0){
            printf("client quit!   serve quit\n");
            return 2;
        }
    }
}

//client.c

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>

int main()
{
    int fd = open("./mypipe", O_WRONLY);//打开文件以只写的方式
    if(fd< 0){
        perror("open");
        return 2;
    }

    char buf[1024];
    while(1){
        printf("please input:");
        fflush(stdout);//强制刷新缓存区
        ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf)-1);
        if(s > 0){
            buf[s] = 0;
            write(fd, buf, strlen(buf));//往缓存区里面写消息
        }
    }
    close(fd);//关闭所打开的文件
    return 0;
}

命名管道的总结：

• 1，其实命名管道和匿名管道原理是一样的，记的时候放在一起记。
• 2，他们最大的不同之处就是匿名管道只能用于有血缘关系的进程之间通信，而命名管道则可以用于任意两个进程之间通信。