Linux进程间通信（IPC）之一——管道

 

1 管道（Pipe）

     管道是UNIX系统IPC的最古老的形式，并且所有的Unix系统都提供这种通信机制，当然也包括Linux。这样利用管道进行IPC管道具有如下限制：

1、历史原因造成管道是半双工的，数据只能单向流动。如果想双向通信，必须要创建两个管道。

2、管道通信双方必须有亲缘关系的进程之间（父子进程或者兄弟进程之间）。

2 管道的创建

 

#include <unistd.h>int pipe(int pipefd[2]); 

 

 

  经由pipefd参数返回两个文件描述符，pipefd[0]描述符用来读取管道中的数据，可以简称为管道的读端；pipefd[1]文件描述符用来向管道写入数据，简称为管道的写端。

     返回的pipefd描述符都位于同一个进程中，没有任何意义。通常调用pipe的进程紧接着调用fork，这样就可以创建从父进程到子进程的管道（父进程关闭pipefd[0]，子进程关闭pipefd[1]）或者从子进程到父进程的通信（父进程关闭pipefd[1]，子进程关闭pipefd[0]），用管道进行进程间通信了。

3 管道的读写

     管道的读写是通过系统调用read和write完成的。pipefd[0]和pipefd[1]分别对应管道的读端和写端，pipefd[0]描述符用来读取管道中的数据，pipefd[1]文件描述符用来向管道写入数据。如果向pipefd[0]写数据，或者向pipefd[1]读数据都将会得到错误。

     当管道一端关闭之后，遵循如下规则：

1、当所有的写端都关闭时，当管道中所有的数据都被读取后，read将会返回0，以指示达到了文件末尾。理论上如果还有进程没有关闭管道的写端的话，读端将不会到达文件末尾。

2、如果管道的读端已经关闭，再向管道写数据的话，将会产生SIGPIPE信号。默认SIGPIPE信号处理是结束当前进程，如果当前进程忽略SIGPIPE信号，则write函数返回-1，errno置为EPIPE。

     系统常量PIPE_BUF定义了管道的大小。该系统常量定义在limits.h中，运行期可以通过pathconf或者fpathconf系统调用查询PIPE_BUF的值。Linux中PIPE_BUF的值为4096，假如你在编写可移植的程序，请用PIPE_BUF这个宏，而不要用4096这个数值（不同Unix系统上面PIPE_BUF值的大小是不一样的）。

     对管道写入数据小于等于PIPE_BUF时，系统保证这个写入操作是原子操作，write将会一次性写入管道，并返回，当系统多个进程写管道时，将保证不会穿插写入。如果写入数据量大于PIPE_BUF，则系统将不再保证写入操作为原子操作，当管道有空间，write就将会写入一部分数据，当所有的数据都写入管道之后，write返回，当有多个进程同时写管道时，将会出现穿插写入的情况。

4 管道应用实例

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <errno.h>#include <stdlib.h>int main(void){int n;int fd[2];pid_t pid;char line[1024];if(pipe(fd) < 0){fprintf(stderr, "pipe error: %s/n", strerror(errno));exit(-1);}if((pid = fork()) < 0){fprintf(stderr, "fork error: %s/n", strerror(errno));exit(-1);}else if(pid > 0) /* Parent */{close(fd[1]);n = read(fd[0], line, 1024);write(STDOUT_FILENO, line, n);}else /* Child */{close(fd[0]);write(fd[1], "Hello World/n", 12);}} 

 

通过例子我们可以看到，管道数据流向是从子进程到父进程的。父进程关闭了管道的写端，保留管道的读端，而子进程则关闭了管道的读端，而保留管道的写端。

5 管道的总结

通过上面的描述，我们可以总结一下他的特点：

1、数据单向流动。

2、没有管道命名，所以只能在有亲缘关系的进程间传递数据。

3、管道的大小为PIPE_BUF，写入数据不大于这个值则系统保证为原子操作，否则不保证为原子操作。

4、管道所传递的为无格式字节流。所以需要管道两端的进程之间事先定义好传输协议