进程间通信之管道

星期三, 13. 十二月 2017 06:34下午

本篇博客主要讲解用于进程间通信的匿名管道和命名管道

参考资料：UNIX环境高级编程

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匿名管道

       #include <unistd.h>       int pipe(int pipefd[2]);       //成功返回 0，失败返回 -1

经由 pipefd 返回的两个文件描述符，pipefd[0] 为读而打开，pipefd[2]为写而打开

管道的五个特性

1. （匿名管道）适用于有血缘关系的进程（命名管道可以满足无血缘关系的两个进程通信）
2. 管道提供流式服务，即面向字节流
3. 半双工，即单向通信，如果想要实现全双工就创建两个管道
4. 管道的生命周期随进程，即进程结束，管道文件资源随即被系统释放
5. 自带同步与互斥机制（如果管道写满了就不能在写，如果管道里尝试读管道的进程就会阻塞）进程 A 在往管道中写的时候进程 B 就不能读取管道之中的数据，进程 B 在读取管道数据的时候，进程 A 就不能在往管道中写数据。
   单个进程中的管道几乎没有作用，通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程到子进程的 IPC 通道。
   

测试 Ubuntu 中管道的大小

让父进程一直往管道中写书据，而不让子进程读数据(子进程 sleep)，打印管道当前管道被写入多少数据

管道的大小 645536 单位是字节
测试代码

具体使用

现在模拟一个情况，父进程网管道里写数据所以父进程需关闭读端。子进程从管道里读书据所以关闭写端管道适用于有血缘关系的进程，就这样父进程一直写，子进程一直读,管道的单向通信。我们可以发现子进程每次写完后敲下回车键，这时父进程才可以从管道中读取数据，这就是自带同步机制，父进程每次调用 write 往管道中写数据是以字节为单位，子进程调用 read 从管道里取数据同样以字节为单位这就是管道的面向字节流服务 。当程序结束后管道随即被操作系统释放，管道随进程。
使用代码

几种特殊情况

注意，这是在进程 A 和进程 B 有血缘关系的情况下。
1. 当进程 A 一直往管道中写数据，进程 B 却一直不读数据，当管道被写满后，进程 A 将被阻塞，直到进程 B 将管道中的数据读走。。

1. 当进程 A 不向管道中写数据，进程 B 一直从管道中取数据，此时进程 B 被阻塞，很容易理解，管道中没有数据，进程 B 如何读。

2. 当进程 A 往管道中写数据，此时操作系统如果发现读管道的文件描述符都已关闭，则操作系统会给 A 进程发送 SIGPIP 信号，默认动作是退出。

3. 当进程 B 从管道中读数据，此时操作系统如果发现往管道写数据的文件描述符都已关闭，此时进程 B 将读到文件结束符。

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命名管道

       #include <sys/types.h>       #include <sys/stat.h>       int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);    //成功返回 0，失败返回 -1 

pathname 创建的文件为管道文件，mode 指定文件权限
一旦已经使用 mkfifo 创建了一个 FIFO，就可以使用 open 打开它。其次，一般的文件 I/O 函数（close, read, write, unlink等）都可用于 FIFO。
当打开一个 FIFO 时，非阻塞标志（O_NOBLOCK）产生下列影响：
- 在一般情况中（没有指定O_NOBLCOK），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 DIDO。类似地，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。
- 如果指定了 O_NOBLOCK,则只读 open 立即返回。但是，如果没有进程已近为读而打开一个 FIFO，那么只写 open 将出错返回 -1，其 errno 为 ENXIO。

类似于管道，若用 write 写一个尚无进程为读而打开的 FIFO，则产生 SIGPIPE。若某个 FIFO 的最后一个写进程关闭了 FIFO，则将为该 FIFO 的读进程产生一个文件结束标志。

一个给定的 FIFO 有多个写进程是很常见的。这就意味着如果不希望多个进程写的数据互相穿插，则需要考虑原子写操作。正如对于管道一样，常量 PIPE_BUF 说明了可被原子的写到 FIFO 的最大数据量。

FIFO 有两种用途

1. FIFO 由 shell 命令使用以便将数据从一条管道线传送到另一条，为此无需创建中间零时文件。
2. FIFO 用于客户进程-服务器进程应用程序中，以在客户进程和服务器进程之间传送数据。
   

这种安排可以工作，但也有不足之处。其中之一是服务器进程不能判断一个客户进程是否崩溃终止，这就使得客户专用 FIFO 会遗留在文件系统中。另外一个不足之处是服务器必须捕捉 SIGPIPE 信号，因为客户进程在发一个请求后没有响应就可能终止，于是留下一个只有写进程（服务器进程）而没有读进程的客户专用 FIFO。

如果服务器进程以只读方式打开众所周知的 FIFO（因为服务器只需要读），则每客户当进程数量从 1 减到 0时，服务器进程就将在管道中读到一个文件结束标记。为使服务器避免处理这种情况，一种常用的技巧是使服务器进程以读写方式打开其 FIFO。

为什么管道文件间没有消失，还说管道生命周期随进程

生命周期也随进程，不冲突，虽然磁盘上能看到，但核心内容即分配的内存已经释放，下一次打开会分配新的内存。
文件虽然存在,但操作系统为其分配的内存已经没了（管道里的数据被操作系统回收了）。

与匿名管道的对比：

1. 创建方式不同
2. 适用范围不同

具体使用案例

因为命名管道适用于两个没有血缘关系的进程通信，所以可以实现 server 进程向 client 进程发数据，而 client 进程回显 server 发过来的数据。
代码实现