linux下管道问题

  一、管道含义

              对于管道，它是一种半双工的通信机制，也就是说，他只能一端用来读，另一端用来写； 管道通信遵循先进先出的原理，并且数据只能被读取一次，当此段数据被读取后，马上会从数据中消失。（写入的数据每次都添加到管道缓冲区的末尾，读数据的时候都是从缓冲区的头部读出数据的。）

     按照管道的类别分有两种管道，匿名的和命名的；按照管道的传输方向分也可以分成两种，单向和双向的。根据管道的特点，命名管道通常用在网络环境下不同计算机上运行的进程之间的通信（当然也可以用在同一台机的不同进程中）它可以是单向或双向的；匿名管道只能用在同一台计算机中，它只能是单向的。

     管道是一种最基本的IPC机制，是由pipe函数创建，当其执行后，会产生两个文件描述符，分别为读短和写端，单个进程中的管道几乎没有作用，通常先调用pipe函数，然后调fork函数，从而创建从父进程到子进程的IPC管道。管道的生命周期随进程，管道给不同进程提供同步与互斥的功能 。

  

二、管道的通信

         管道两端的任务是固定的，一端只能用于读，有描述符fd[0]表示，称其为管道读端；另一端只能用于写，由描述符fd[1]来表示，称其为管道写端；  

  

          通信方式：1、父进程调用pipe开辟管道，得到两个文件描述符指向管道的两端；

                            2、父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道；

                            3、父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程向管道里写数据，子进程可以从管道内读数据。数据从写端流入从读端流出，这样就实现了父子进程之间的通信。

三、(匿名)管道的简单实现   

    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：

       1、 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，使得它的大小不像文件那样不加检验地增长。总缓冲区大小：64K。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，那么只有等待某些数据被读取，以便腾出足够的空间供write()调用写。

     2、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，只有等待某些数据被写入。

#include <unistd.h>  #include <stdio.h>  int main()  {      int fd[2];                              //管道入口fd［0］为读,fd［1］为写入口      char r_buf[100];                                  char w_buf[20]= "hello word!";      pid_t pid;      if(pipe(fd) < 0)                               {          printf("pipe error!\n");          exit(1);      }        if((pid = fork()) < 0)      {          printf("fork error!\n");      }else if(pid == 0)                  //child          {              printf("child\n");              close(fd[1]);               //关闭写端口              sleep(2);                   //程序休眠2秒              read(fd[0], r_buf, 100);//读阻塞，当管道内写入东西后才读取，所以当主程序运行完成后，子程序才运行完成。子程序由init管理              printf("%s",r_buf);          }else                                   //主进程              {                  printf("father\n");                  close(fd[0]);                  sleep(2);                  write(fd[1], w_buf, 20);              }            return 0;  }  

   使用管道需要注意以下4种特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置 O_NONBLOCK 标志）：
   1. 如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端的引用计数等于0），而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次 read 会返回0，就像读到文件末尾一样。
   2. 如果有指向管道写端的文件描述符没关闭（管道写端的引用计数大于0），而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次 read 会阻塞，直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。
   3. 如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道读端的引用计数等于0），这时有进程向管道的写端write ，那么该进程会收到信号 SIGPIPE ，通常会导致进程异常终止。
   4. 如果有指向管道读端的文件描述符没关闭（管道读端的引用计数大于0），而持有管道读端的进程也没有从管道中读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次 write 会阻塞，直到管道中有空位置了才写入数据并返回。

四、命名管道

      管道（匿名管道）的一个不足之处就是没有名字，因此，只能用于具有亲缘关系的进程间通信，在命名管道（name pipe或FIFO)提出后，该限制得到了解决。FIFO不同与管道之处在与她提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存储在文件系统中。命名管道是一个设备文件，因此，即使进程与创建FIFO的进程不存在亲缘关系，只要可以访问该路径，就能够通过FIFO相互通信了。值得注意的是FIFO（First In First Out）总是按照先进先出的原则工作，第一个被写入的数据首先从管道中读出。

       Linux下有两种方式创建命名管道。一是在Shell下交互地建立一个命名管道，二是在程序中使用系统函数建立命名管道。Shell方式下可使用mknod或mkfifo命令，下面命令使用

mknod创建了一个命名管道：
mknod namedpipe
   创建命名管道的系统函数有两个：mknod和mkfifo。

int mknod(const char *pathname, mode_t mode, dev_t dev);

int mkfifo( const char *pathname, mode_t mode );

     函数mknod参数中pathname为创建有名管道的全路径名，mode为创建命名管道的模式，指明其存取权限；dev为设备值，该值取决于文件创建的种类，它只在创建设备文件是才会用到。这两个函数调用成功都返回0，否则返回-1.
   读写命名管道：

ssize_t read (int fd , void * buf , size_t nbytes)

ssize_t write (int fd , void * buf , size_t nbytes)

五、管道的环形缓冲区

   每个管道只有一个页面作为缓冲区，该页面是按照环形缓冲区的方式来使用的。

    这种方式就像生产者和消费者问题：