Liunx进程间通信—管道

  管道

管道，顾名思义你可以把它想成一根数据线，连接了两个进程，使他们可以互相通信。更严谨来说，它是一个文件或者一块共享区，一个进程往里面写数据，另一个进程从里面拿数据，以此种方式完成进程间通信。 
管道是UNIX系统IPC最古老的形式，所有的UNIX系统都提供此种通信机制（UNIX系统IPC是各种进程通信方式的统称）。 

管道在进行通信时，基于字节流。管道是单向的、先进先出的。它将一个程序的输入和另一个程序的输出连接起来。数据被一个进程读出后，将被从管道中删除。

分位两种 ：匿名管道：只能完成具有血缘关系间进程（或者说具有公共祖先的进程）的通信。如父子、兄弟进程。

                 命名管道：允许同一系统内任意两个进程间通信。

  匿名管道（pipe）

1.创建函数pipe

匿名管道是通过调用函数pipe创建的：

#include<unistd.h>int pipe(int fd[2]);
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返回值：成功返回0，失败返回-1。 
该函数会经过参数fd返回两个文件描述符fd[0]和fd[1]。我们可以理解为fd[0]是为了从管道中读数据而打开的；fd[1]是为了向管道中写数据而打开的。所以管道在用户程序看了像是打开了一个文件。向这个文件读写数据其实就是在读写内核缓冲区。

2.原理

1.父进程调用pipe()开辟一个管道，使用open()得到两个文件描述符指向这个管道两端。

2.父进程调用fork()创建子进程，那么子进程也有两个相同的文件描述符指向这个管道的两端。

3.父进程关闭读端，子进程关闭写端，父进程可以往管道里写数据，子进程可以从管道里读数据。管道是通过环形队列实现的，数据从写端流入，从读端流出，这样就实现了进程间通信。

3.代码演示

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<unistd.h>int main(){    int fd[2];    int ret = pipe(fd);//创建管道    if(ret == -1)    {        perror("pipe");        return 0;    }         pid_t id = fork();    if(id == -1)    {        perror("fork");        return 2;    }    else if(id == 0)//child 从管道里面读取    {        close(fd[1]);        int i = 0;        char read_buf[1024] = {0};        while(i<10)        {              size_t ret = read(fd[0],read_buf, sizeof(read_buf));            if(ret< 0)            {                perror("write");                return 1;            }            printf("child process read -->%s\n",read_buf);            i++;        }    }    else//father 往管道里面写入    {        close(fd[0]);        char *write_buf = "father process writes data to the pipe";        int i = 0;        while(i < 10)        {            size_t ret = write(fd[1],write_buf,strlen(write_buf)+1);            if(ret< 0)            {                perror("write");                return 1;            }            printf("father finished writing\n");            sleep(2);            i++;        }        wait();    }    return 0;}

匿名管道有以下四种情况需要注意:

      1.当管道的写端已被关闭，这时有一个进程去读这个管道时，在管道内的剩余数据都被读取完之后就，read函数就会返回0，相           当于读到文件末尾。

      2.当管道写端没有关闭，但在进程的读速度大于另一个进程的写速度时，在管道内的剩余数据都被读取后，read会阻塞，直到管         道内有新的数据。

     3.当管道的读端已被关闭，这时有一个进程向管道写数据时，这时进程就会收到SIGPIPE信号，导致进程异常终止。 

     4.当管道读端没有关闭，但在进程的写速度大于另一个进程的读速度时，在管道被写满之后，write被阻塞，直到管道有空位置。

  命名管道（FIFO） 

FIFO被成为名名管道，命名管道不同于PIPE之处在于命名管道是一个设备文件，它真真在在的存在于硬盘之上，存在于文件系统中。而匿名管道存在于内存或者内核中，它对文件系统不可见。也正因为如此，命名管道可以完成任意两个进程间的通信。命名管道的创建有一个路径名path与之关联，以FIFO文件的形式存储在文件系统中，所以只要可以访问该路径，就能够通过FIFO互相通信。 
注意：FIFO是按照先入先出的规则进行数据读写，第一个被写入的也将最先被读出。

1.相关函数

(1)创建管道

在shell命令行上可以通过mknod或者mkfifo创建命名管道文件

在程序内通过调用mknod和mkfifo函数也可以创建命名管道文件。

#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>int mknod(const char* path,mode_t mod,dev_t dev)
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函数mknod的参数path即为创建的命名管道的全路径名(包括管道文件的文件名)，如”/home/tmp/fifo”。第二个参数mod为创建命名管道的模式（一般为S_IFIFO|0666，0666表示管道IPC的默认权限,这里要注意umask对生成管道文件权限的影响）。dev为设备值，取决于文件创建的种类，它只在创建设备文件时才会用到。 
返回值：成功返回0，失败返回-1。

#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>int mkfifo(const char* path,mode_t mode)
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此函的的两个参数与上相同，返回值也相同，成功返回0，失败返回-1。 
mknod是比较老的函数，mkfifo函数更加的简单规范，所以建议尽量使用mkfifo。

(2)获取指向管道的文件描述符

当我们创建好管道之后并不能直接使用它，使用之前必须调用open函数将其打开，并获取文件描述符。

#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int open(const char *pathname, int flags);
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参数pathname即为我们要打开的管道文件

参数flags为打开方式，一般有以只读方式打开O_RDONLY 或以只写方式打开O_WRONLY。 
open函数的返回值为一个文件描述符，我们通过这个文件描述符对管道进行读写操作。

2.代码实例

server.c

#include<string.h>#include<stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#define PATH "/home/long/task/pipe/fifoname"int main(){    int ret = mkfifo(PATH, S_IFIFO|0666);    if(ret < 0)    {        perror("mkfifo");        return 1;    }       int fd = open(PATH,O_WRONLY);    if(fd < 0)     {        perror("open");        return 2;    }      char buf[100] = {0};    while(1)    {        memset(buf,'\0',sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));        printf("server say:");        scanf("%s",buf);        int ret =  write(fd,buf,sizeof(buf)/sizeof(buf[0])+1);        if(ret < 0)        {              perror("write");            break;         }        if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)        {            break;         }    }    close(fd);    printf("server end...\n");    return 0;}

client.c

#include<stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#define PATH "/home/long/task/pipe/fifoname"int main(){    int fd = open(PATH,O_RDONLY);    if(fd < 0)    {          perror("open");        return 1;    }    char buf[1024] = {0};    while(1)    {        size_t ret = read(fd,buf,sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));        if(ret < 0)        {             perror("read");            break;         }        printf("client read --> %s\n",buf);        if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)        {            break;        }    }    close(fd);    printf("client end...\n");    return 0;}

1. 文件系统中的路径名是全局的，各个进程都可以访问，因此可以用文件系统的路径名来标识一个IPC通道。
2. 命名管道FIFO是一个特殊的设备文件，它在文件系统中真实存在。
3. 命名管道与匿名管道的使用方法是一致的，只是命名管道在使用前要调用open函数打开。因为命名管道是存在于硬盘上的真实文件，而匿名管道是存在与内存中的特殊文件。
4. 命名管道打开方式的不同也可能引起阻塞。如果同时以读写方式打开，则一定不会阻塞；若单单以读方式打开，则调用open函数的进程会一直阻塞到有写方式打开；同样，单单以写方式打开的进程会一直阻塞到有读方式打开。当然在阻塞时我们可以异常终止程序。