Linux管道初步了解[转]

linux 管道

管道是Linux中很重要的一种通信方式,是把一个程序的输出直接连接到另一个程序的输入,常说的管道多是指无名管道,无名管道只能用于具有亲缘关系的进程之间，这是它与有名管道的最大区别。

有名管道叫named pipe或者FIFO(先进先出)，可以用函数mkfifo()创建。

Linux管道的实现机制

在Linux中，管道是一种使用非常频繁的通信机制。从本质上说，管道也是一种文件，但它又和一般的文件有所不同，管道可以克服使用文件进行通信的两个问题，具体表现为：

·      限制管道的大小。实际上，管道是一个固定大小的缓冲区。在Linux中，该缓冲区的大小为1页，即4K字节，使得它的大小不象文件那样不加检验地增长。使用单个固定缓冲区也会带来问题，比如在写管道时可能变满，当这种情况发生时，随后对管道的write()调用将默认地被阻塞，等待某些数据被读取，以便腾出足够的空间供write()调用写。

·      读取进程也可能工作得比写进程快。当所有当前进程数据已被读取时，管道变空。当这种情况发生时，一个随后的read()调用将默认地被阻塞，等待某些数据被写入，这解决了read()调用返回文件结束的问题。

注意：从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读，它就从管道中被抛弃，释放空间以便写更多的数据。

1. 管道的结构

     在 Linux 中，管道的实现并没有使用专门的数据结构，而是借助了文件系统的file结构和VFS的索引节点inode。通过将两个 file 结构指向同一个临时的 VFS 索引节点，而这个 VFS 索引节点又指向一个物理页面而实现的。

2.管道的读写

      管道实现的源代码在fs/pipe.c中，在pipe.c中有很多函数，其中有两个函数比较重要，即管道读函数pipe_read()和管道写函数pipe_wrtie()。管道写函数通过将字节复制到 VFS 索引节点指向的物理内存而写入数据，而管道读函数则通过复制物理内存中的字节而读出数据。当然，内核必须利用一定的机制同步对管道的访问，为此，内核使用了锁、等待队列和信号。

     当写进程向管道中写入时，它利用标准的库函数write()，系统根据库函数传递的文件描述符，可找到该文件的 file 结构。file 结构中指定了用来进行写操作的函数（即写入函数）地址，于是，内核调用该函数完成写操作。写入函数在向内存中写入数据之前，必须首先检查 VFS 索引节点中的信息，同时满足如下条件时，才能进行实际的内存复制工作：

 

       ·内存中有足够的空间可容纳所有要写入的数据；

       ·内存没有被读程序锁定。

 

如果同时满足上述条件，写入函数首先锁定内存，然后从写进程的地址空间中复制数据到内存。否则，写入进程就休眠在 VFS 索引节点的等待队列中，接下来，内核将调用调度程序，而调度程序会选择其他进程运行。写入进程实际处于可中断的等待状态，当内存中有足够的空间可以容纳写入数据，或内存被解锁时，读取进程会唤醒写入进程，这时，写入进程将接收到信号。当数据写入内存之后，内存被解锁，而所有休眠在索引节点的读取进程会被唤醒。

     管道的读取过程和写入过程类似。但是，进程可以在没有数据或内存被锁定时立即返回错误信息，而不是阻塞该进程，这依赖于文件或管道的打开模式。反之，进程可以休眠在索引节点的等待队列中等待写入进程写入数据。当所有的进程完成了管道操作之后，管道的索引节点被丢弃，而共享数据页也被释放。

   因为管道的实现涉及很多文件的操作,因此,当读者学完有关文件系统的内容后来读pipe.c中的代码，你会觉得并不难理解。

Linux 管道的创建和使用都要简单一些，唯一的原因是它需要更少的参数。实现与 Windows 相同的管道创建目标，Linux 和 UNIX 使用下面的代码片段：

　　创建 Linux 命名管道
　　int fd1[2];

         if(pipe(fd1))

        { printf("pipe() FAILED: errno=%d",errno);

              return 1;

         }

　　Linux 管道对阻塞之前一次写操作的大小有限制。 专门为每个管道所使用的内核级缓冲区确切为 4096 字节。 除非阅读器清空管道，否则一次超过 4K 的写操作将被阻塞。 实际上这算不上什么限制，因为读和写操作是在不同的线程中实现的。

　　Linux 还支持命名管道。对这些数字的早期评论员建议我，为公平起见，应该比较 Linux 的命名管道和 Windows 的命名管道。我写了另一个在 Linux 上使用命名管道的程序。我发现对于 Linux 上命名的和未命名的管道，结果是没有区别。

　　Linux 管道比 Windows 2000 命名管道快很多，而 Windows 2000 命名管道比 Windows XP 命名管道快得多。

 

例子:

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>


int main()
{
int n,fd[2];                         // 这里的fd是文件描述符的数组，用于创建管道做准备的
pid_t pid;
char line[100];
if(pipe(fd)<0)                     //   创建管道
   printf("pipe create error/n");

if((pid=fork())<0)              //利用fork()创建新进程
    printf("fork error/n");

else if(pid>0){                   //这里是父进程，先关闭管道的读出端，然后在管道的写端写入“hello world"
    close(fd[0]);
    write(fd[1],"hello word/n",11);
}
else{
    close(fd[1]);                 //这里是子进程，先关闭管道的写入端，然后在管道的读出端读出数据
   n= read(fd[0],line,100);
    write(STDOUT_FILENO,line,n);
}
exit(0);
}

转自：http://hi.baidu.com/xygldam/blog/item/a48bfe95c7fc814dd0135e19.html

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Linux管道通信问题（百度）

最近在学Linux下的通信机制，正好看到管道通信机制，先上网上的一段代码：C/C++ codeif(pipe(pipe_fd)<0)               {                 printf("pipe create error ");                 return -1;            }             if((pid=fork())==0) //子进程读            {             close(pipe_fd[WRITE]);            sleep(3);           //确保父进程关闭写端           r_num=read(pipe_fd[READ],r_buf,100);           printf( "read num is %d the data read from the pipe is %s /n",r_num,r_buf);               close(pipe_fd[READ]);             exit();               }         else if(pid>0)  //父进程写      {                 close(pipe_fd[READ]);                 strcpy(w_buf,"hello world!/n");                   if(write(pipe_fd[WRITE],w_buf,strlen(w_buf))==-1)                     printf("parent write over/n ");                   close(pipe_fd[WRITE]);                printf("parent close fd[WRITE] over /n");                 sleep(10);       }       在上面的代码中，当父进程向管道里写数据时，先关闭管道的读端，当子进程向管道里读数据时，关闭管道的写端，问题时，
比如父进程在写完时，关闭写端时，好像没有唤醒子进程哦，即读端刚才被关闭了，子进程一直在等待，现在父进程关闭了写端，
却没有打开读端，那么子进程岂不是一直等待下去？？同理，如果在fork之后，子进程先被调度运行，那么在父进程写之前，子进程
就已经关闭了写端，那么管道里根本就没有数据呀？？？  还有上面的代码中，在子进程读的那段代码里，sleep（）语句是不是应该放在第一句，这样才能保证让父进程先做啊？  关于上面的close，其实我是这样认为的，如果是关闭写端，就在关闭之前，先看看有没有进程在读端等待，如果有的话，就“打开”
读端，唤醒等待的进程。。。如果关闭读端，就看看有没有进程在等待写,有则唤醒.....不知道这样理解的对不对.....很想看看 管道通信
里的close（）函数的实现，但不知道在哪里查询，各位知不知道有什么linux 下的api（能够提供具体实现的）？？  谢谢各位了.... 

最佳答案：

管道创建的时候读端和写端就已经打开了，不需要再次打开。fork()之后就变成两个进程了，子进程会继承父进程调用fork()之前打开的所有文件描述符（管道也是文件，一种特殊的文件）。在进程控制块中有一个数组标识了所有该进程已打开的文件，而文件描述符实际上就是这个数组的下标。但是，一定要记得这是两个进程，也就是说现在有两个进程都打开了这个管道。在一个进程中关闭它的读端或者写端并不会影响另一
个进程中该管道的状态。对这个示例程序来说就是：在父进程中关闭读端，但是在子进程中读端还是打开的。同理，在子进程中关闭
写端也并不会影响父进程，在父进程中写端仍然是打开的。fork()之后两个进程都有可能得到调度运行，至于谁先得到调度谁后得到调度则是不确定的，每次的结果可能都不一样（即使在子进程
中调用了sleep函数也不一定能保证父进程先得到调度）。管道是同步的进程间通信方式，也就是说写端调用write往管道中写入消息的
时候进程会被阻塞在write函数上，只有当读进程把管道中的消息取走之后才会返回（严格来说是进入就绪状态）。关于linux api你可以看看我在百度知道上共享的《Linux内核源代码情景分析》，里面有详细的描述。 建议多看看进程管理和进程间通
信那两章，了解进程的四要素和同步/异步的区别。