Linux进程间通过pipe通信
来源:互联网 发布:淘宝哪个店能寄到韩国 编辑:程序博客网 时间:2024/05/20 10:12
转自:http://blog.chinaunix.net/uid-26225097-id-2846652.html wang_qiao_ying
分类: LINUX
1、 管道概述及相关API应用
1.1 管道相关的关键概念
管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一,具有以下特点:
- 管道是半双工的,数据只能向一个方向流动;需要双方通信时,需要建立起两个管道;
- 只能用于父子进程或者兄弟进程之间(具有亲缘关系的进程);
- 单独构成一种独立的文件系统:管道对于管道两端的进程而言,就是一个文件,但它不是普通的文件,它不属于某种文件系统,而是自立门户,单独构成一种文件系统,并且只存在与内存中。
- 数据的读出和写入:一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾,并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。
1.2管道的创建:
#include int pipe(int fd[2])该函数创建的管道的两端处于一个进程中间,在实际应用中没有太大意义,因此,一个进程在由pipe()创建管道后,一般再fork一个子进程,然后通过管道实现父子进程间的通信(因此也不难推出,只要两个进程中存在亲缘关系,这里的亲缘关系指的是具有共同的祖先,都可以采用管道方式来进行通信)。
1.3管道的读写规则:
管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述,需要注意的是,管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读,由描述字fd[0]表示,称其为管道读端;另一端则只能用于写,由描述字fd[1]来表示,称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据,或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道,如close、read、write等等。
从管道中读取数据:
- 如果管道的写端不存在,则认为已经读到了数据的末尾,读函数返回的读出字节数为0;
- 当管道的写端存在时,如果请求的字节数目大于PIPE_BUF,则返回管道中现有的数据字节数,如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF,则返回管道中现有数据字节数(此时,管道中数据量小于请求的数据量);或者返回请求的字节数(此时,管道中数据量不小于请求的数据量)。注:(PIPE_BUF在include/linux/limits.h中定义,不同的内核版本可能会有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少为512字节,red hat 7.2中为4096)。
关于管道的读规则验证:
/************** * readtest.c * **************/#include#include#includemain(){int pipe_fd[2];pid_t pid;char r_buf[100];char w_buf[4];char* p_wbuf;int r_num;int cmd;memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));memset(w_buf,0,sizeof(r_buf));p_wbuf=w_buf;if(pipe(pipe_fd)<0){printf("pipe create error\n");return -1;}if((pid=fork())==0){printf("\n");close(pipe_fd[1]);sleep(3);//确保父进程关闭写端 r_num=read(pipe_fd[0],r_buf,100);printf("read num is %d the data read from the pipe is %d\n",r_num,atoi(r_buf));close(pipe_fd[0]);exit();}else if(pid>0){close(pipe_fd[0]);//readstrcpy(w_buf,"111");if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)!=-1)printf("parent write over\n");close(pipe_fd[1]);//writeprintf("parent close fd[1] over\n");sleep(10);}} /************************************************** * 程序输出结果: * parent write over * parent close fd[1] over * read num is 4 the data read from the pipe is 111 * 附加结论: * 管道写端关闭后,写入的数据将一直存在,直到读出为止. ****************************************************/向管道中写入数据:
- 向管道中写入数据时,linux将不保证写入的原子性,管道缓冲区一有空闲区域,写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据,那么写操作将一直阻塞。
注:只有在管道的读端存在时,向管道中写入数据才有意义。否则,向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号,应用程序可以处理该信号,也可以忽略(默认动作则是应用程序终止)。
对管道的写规则的验证1:写端对读端存在的依赖性
#include#includemain(){int pipe_fd[2];pid_t pid;char r_buf[4];char* w_buf;int writenum;int cmd;memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));if(pipe(pipe_fd)<0){printf("pipe create error\n");return -1;}if((pid=fork())==0){close(pipe_fd[0]);close(pipe_fd[1]);sleep(10);exit();}else if(pid>0){sleep(1); //等待子进程完成关闭读端的操作close(pipe_fd[0]);//writew_buf="111";if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4))==-1)printf("write to pipe error\n");elseprintf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum);close(pipe_fd[1]);}}则输出结果为: Broken pipe,原因就是该管道以及它的所有fork()产物的读端都已经被关闭。如果在父进程中保留读端,即在写完pipe后,再关闭父进程的读端,也会正常写入pipe,读者可自己验证一下该结论。因此,在向管道写入数据时,至少应该存在某一个进程,其中管道读端没有被关闭,否则就会出现上述错误(管道断裂,进程收到了SIGPIPE信号,默认动作是进程终止)
对管道的写规则的验证2:linux不保证写管道的原子性验证
#include#include#includemain(int argc,char**argv){int pipe_fd[2];pid_t pid;char r_buf[4096];char w_buf[4096*2];int writenum;int rnum;memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));if(pipe(pipe_fd)<0){printf("pipe create error\n");return -1;}if((pid=fork())==0){close(pipe_fd[1]);while(1){sleep(1);rnum=read(pipe_fd[0],r_buf,1000);printf("child: readnum is %d\n",rnum);}close(pipe_fd[0]);exit();}else if(pid>0){close(pipe_fd[0]);//writememset(r_buf,0,sizeof(r_buf));if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,1024))==-1)printf("write to pipe error\n");elseprintf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum);writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4096);close(pipe_fd[1]);}}输出结果:the bytes write to pipe 1000the bytes write to pipe 1000 //注意,此行输出说明了写入的非原子性the bytes write to pipe 1000the bytes write to pipe 1000the bytes write to pipe 1000the bytes write to pipe 120 //注意,此行输出说明了写入的非原子性the bytes write to pipe 0the bytes write to pipe 0......结论:
写入数目小于4096时写入是非原子的!
如果把父进程中的两次写入字节数都改为5000,则很容易得出下面结论:
写入管道的数据量大于4096字节时,缓冲区的空闲空间将被写入数据(补齐),直到写完所有数据为止,如果没有进程读数据,则一直阻塞。
1.4管道应用实例:
实例一:用于shell
管道可用于输入输出重定向,它将一个命令的输出直接定向到另一个命令的输入。比如,当在某个shell程序(Bourne shell或C shell等)键入who│wc -l后,相应shell程序将创建who以及wc两个进程和这两个进程间的管道。考虑下面的命令行:
$kill -l 运行结果见 附一。
$kill -l | grep SIGRTMIN 运行结果如下:
30) SIGPWR31) SIGSYS 32) SIGRTMIN33) SIGRTMIN+134) SIGRTMIN+235) SIGRTMIN+3 36) SIGRTMIN+4 37) SIGRTMIN+538) SIGRTMIN+639) SIGRTMIN+7 40) SIGRTMIN+8 41) SIGRTMIN+942) SIGRTMIN+1043) SIGRTMIN+11 44) SIGRTMIN+12 45) SIGRTMIN+1346) SIGRTMIN+1447) SIGRTMIN+15 48) SIGRTMAX-15 49) SIGRTMAX-14实例二:用于具有亲缘关系的进程间通信
下面例子给出了管道的具体应用,父进程通过管道发送一些命令给子进程,子进程解析命令,并根据命令作相应处理。
1.5管道的局限性
管道的主要局限性正体现在它的特点上:
- 只支持单向数据流;
- 只能用于具有亲缘关系的进程之间;
- 没有名字;
- 管道的缓冲区是有限的(管道制存在于内存中,在管道创建时,为缓冲区分配一个页面大小);
- 管道所传送的是无格式字节流,这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式,比如多少字节算作一个消息(或命令、或记录)等等;
2、 有名管道概述及相关API应用
2.1 有名管道相关的关键概念
管道应用的一个重大限制是它没有名字,因此,只能用于具有亲缘关系的进程间通信,在有名管道(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的文件形式存在于文件系统中。这样,即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程,只要可以访问该路径,就能够彼此通过FIFO相互通信(能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间),因此,通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是,FIFO严格遵循先进先出(first in first out),对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据,对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。
2.2有名管道的创建
#include #include int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)该函数的第一个参数是一个普通的路径名,也就是创建后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode 参数相同。如果mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时,会返回EEXIST错误,所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误,如果确实返回该错误,那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。一般文件的I/O函数都可以用于FIFO,如close、read、write等等。
2.3有名管道的打开规则
有名管道比管道多了一个打开操作:open。
FIFO的打开规则:
如果当前打开操作是为读而打开FIFO时,若已经有相应进程为写而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回;否则,可能阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志);或者,成功返回(当前打开操作没有设置阻塞标志)。
如果当前打开操作是为写而打开FIFO时,如果已经有相应进程为读而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回;否则,可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志);或者,返回ENXIO错误(当前打开操作没有设置阻塞标志)。
对打开规则的验证参见 附2。
2.4有名管道的读写规则
从FIFO中读取数据:
约定:如果一个进程为了从FIFO中读取数据而阻塞打开FIFO,那么称该进程内的读操作为设置了阻塞标志的读操作。
- 如果有进程写打开FIFO,且当前FIFO内没有数据,则对于设置了阻塞标志的读操作来说,将一直阻塞。对于没有设置阻塞标志读操作来说则返回-1,当前errno值为EAGAIN,提醒以后再试。
- 对于设置了阻塞标志的读操作说,造成阻塞的原因有两种:当前FIFO内有数据,但有其它进程在读这些数据;另外就是FIFO内没有数据。解阻塞的原因则是FIFO中有新的数据写入,不论信写入数据量的大小,也不论读操作请求多少数据量。
- 读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操作施加作用,如果本进程内有多个读操作序列,则在第一个读操作被唤醒并完成读操作后,其它将要执行的读操作将不再阻塞,即使在执行读操作时,FIFO中没有数据也一样(此时,读操作返回0)。
- 如果没有进程写打开FIFO,则设置了阻塞标志的读操作会阻塞。
注:如果FIFO中有数据,则设置了阻塞标志的读操作不会因为FIFO中的字节数小于请求读的字节数而阻塞,此时,读操作会返回FIFO中现有的数据量。
向FIFO中写入数据:
约定:如果一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO,那么称该进程内的写操作为设置了阻塞标志的写操作。
对于设置了阻塞标志的写操作:
- 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时,linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数,则进入睡眠,直到当缓冲区中能够容纳要写入的字节数时,才开始进行一次性写操作。
- 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时,linux将不再保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空闲区域,写进程就会试图向管道写入数据,写操作在写完所有请求写的数据后返回。
对于没有设置阻塞标志的写操作:
- 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时,linux将不再保证写入的原子性。在写满所有FIFO空闲缓冲区后,写操作返回。
- 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时,linux将保证写入的原子性。如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数,写完后成功返回;如果当前FIFO空闲缓冲区不能够容纳请求写入的字节数,则返回EAGAIN错误,提醒以后再写;
对FIFO读写规则的验证:
下面提供了两个对FIFO的读写程序,适当调节程序中的很少地方或者程序的命令行参数就可以对各种FIFO读写规则进行验证。
程序1:写FIFO的程序
程序2:与程序1一起测试写FIFO的规则,第一个命令行参数是请求从FIFO读出的字节数
程序应用说明:
把读程序编译成两个不同版本:
- 阻塞读版本:br
- 以及非阻塞读版本nbr
把写程序编译成两个四个版本:
- 非阻塞且请求写的字节数大于PIPE_BUF版本:nbwg
- 非阻塞且请求写的字节数不大于PIPE_BUF版本:版本nbw
- 阻塞且请求写的字节数大于PIPE_BUF版本:bwg
- 阻塞且请求写的字节数不大于PIPE_BUF版本:版本bw
下面将使用br、nbr、w代替相应程序中的阻塞读、非阻塞读
验证阻塞写操作:
- 当请求写入的数据量大于PIPE_BUF时的非原子性:
- nbr 1000
- bwg
- 当请求写入的数据量不大于PIPE_BUF时的原子性:
- nbr 1000
- bw
验证非阻塞写操作:
- 当请求写入的数据量大于PIPE_BUF时的非原子性:
- nbr 1000
- nbwg
- 请求写入的数据量不大于PIPE_BUF时的原子性:
- nbr 1000
- nbw
不管写打开的阻塞标志是否设置,在请求写入的字节数大于4096时,都不保证写入的原子性。但二者有本质区别:
对于阻塞写来说,写操作在写满FIFO的空闲区域后,会一直等待,直到写完所有数据为止,请求写入的数据最终都会写入FIFO;
而非阻塞写则在写满FIFO的空闲区域后,就返回(实际写入的字节数),所以有些数据最终不能够写入。
对于读操作的验证则比较简单,不再讨论。
2.5有名管道应用实例
在验证了相应的读写规则后,应用实例似乎就没有必要了。
小结:
管道常用于两个方面:(1)在shell中时常会用到管道(作为输入输入的重定向),在这种应用方式下,管道的创建对于用户来说是透明的;(2)用于具有亲缘关系的进程间通信,用户自己创建管道,并完成读写操作。
FIFO可以说是管道的推广,克服了管道无名字的限制,使得无亲缘关系的进程同样可以采用先进先出的通信机制进行通信。
管道和FIFO的数据是字节流,应用程序之间必须事先确定特定的传输"协议",采用传播具有特定意义的消息。
要灵活应用管道及FIFO,理解它们的读写规则是关键。
附1:kill -l 的运行结果,显示了当前系统支持的所有信号:
除了在此处用来说明管道应用外,接下来的专题还要对这些信号分类讨论。
附2:对FIFO打开规则的验证(主要验证写打开对读打开的依赖性)
- Linux进程间通过pipe通信
- linux 进程间通信 pipe
- Linux下的进程间通信PIPE
- Linux进程间通信之管道(pipe)
- Linux环境进程间通信 --- 管道Pipe
- Linux 进程间管道pipe通信
- LINUX进程间通信:PIPE与FIFO
- linux系统编程:进程间通信-pipe
- LINUX进程间通信:PIPE与FIFO
- Linux进程间通信之管道(pipe)
- Linux进程间通信之管道(pipe)
- 进程间通信 之 pipe(Linux)
- linux 线程或进程之间通过管道通信(pipe)
- 进程间pipe通信
- linux进程通信之pipe
- fork()+pipe() --> 父子进程间通过管道通信
- Linux--进程间通信(一)-管道(pipe)通信
- 进程间通信-管道pipe
- android FLAG_ACTIVITY_CLEAR_TOP的使用
- Java加密与解密的艺术-消息摘要算法
- java.lang.NoClassDefFoundError: javax/wsdl/xml/WSDLLocator
- HDU 1596 find the safest road(最短路变形)
- 图的存储方式
- Linux进程间通过pipe通信
- 使用ScrollView包裹布局,快速将布局变为可上下滑动
- 发送邮件页面
- 知识点滴(一) c#副屏设置以及读写ini文件的方法
- ural 1003 Parity 并查集
- 斑马打印机 password 处理
- Linux网络编程--协议的名称以及类型等处理
- Ibatis $与#的区别
- spring配置例子