[Linux]进程之间的管道通信

一、什么是管道

UNIX系统在OS的发展上，最重要的贡献之一便是该系统首创了管道（pipe）。这也是UNIX系统的一大特色。所谓管道，是指能够连接一个写进程和一个读进程的、并允许它们以生产者—消费者方式进行通信的一个共享文件，又称为pipe文件。由写进程从管道的写入端（句柄fd1）将数据写入管道，而读进程则从管道的读出端（句柄fd2）读出数据。

二、管道的类型：

1．有名管道
一个可以在文件系统中长期存在的、具有路径名的文件。用系统调用mknod( )建立。它克服无名管道使用上的局限性，可让更多的进程也能利用管道进行通信。因而其它进程可以知道它的存在，并能利用路径名来访问该文件。对有名管道的访问方式与访问其他文件一样，需先用open( )打开。
2．无名管道
一个临时文件。利用pipe( )建立起来的无名文件（无路径名）。只用该系统调用所返回的文件描述符来标识该文件，故只有调用pipe( )的进程及其子孙进程才能识别此文件描述符，才能利用该文件（管道）进行通信。当这些进程不再使用此管道时，核心收回其索引结点。二种管道的读写方式是相同的，本文只讲无名管道。
3．pipe文件的建立
分配磁盘和内存索引结点、为读进程分配文件表项、为写进程分配文件表项、分配用户文件描述符
4．读/写进程互斥
内核为地址设置一个读指针和一个写指针，按先进先出顺序读、写。为使读、写进程互斥地访问pipe文件，需使各进程互斥地访问pipe文件索引结点中的直接地址项。因此，每次进程在访问pipe文件前，都需检查该索引文件是否已被上锁。若是，进程便睡眠等待，否则，将其上锁，进行读/写。操作结束后解锁，并唤醒因该索引结点上锁而睡眠的进程。

三、所涉及的系统调用

1．pipe( )
建立一无名管道。
系统调用格式
pipe(fd)
参数定义
int pipe(fd);
int fd[2];
其中，fd[1]是写入端，fd[0]是读出端。
功能：pipe()会建立管道，并将文件描述词由参数fd数组返回。
该函数使用头文件如下：

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

2．read( )
系统调用格式
read(fd,buf,nbyte)
功能：从fd所指示的文件中读出nbyte个字节的数据，并将它们送至由指针buf所指示的缓冲区中。如该文件被加锁，等待，直到锁打开为止。
参数定义

        int  read(fd,buf,nbyte);              int  fd;              char *buf;              unsigned  nbyte;

3．write( )
系统调用格式
write(fd,buf,nbyte)
功能：把nbyte 个字节的数据，从buf所指向的缓冲区写到由fd所指向的文件中。如文件加锁，暂停写入，直至开锁。
参数定义同read( )。
4．sprintf( )
格式化字符串复制。
系统调用格式：
int sprintf(char *str,const char *format)
函数说明：
sprintf()会根据参数format字符串来转换并格式化数据，然后将结果复制到参数str 所指的字符串数组，直到出现字符串结束（‘\0’）为止。
返回值：成功则返回参数str字符串长度，失败则返回-1。
附加说明：使用此函数得留意堆栈溢出（buffer overflow）。
5. sleep()
让进程暂停执行一段时间。
系统调用格式：
unsigned int sleep(unsigned int seconds)
函数说明：
Sleep()会令目前进程暂停（进入睡眠状态），直到达到参数seconds 所指定的时间，或被信号中断。
返回值：若进程暂停到参数seconds所指定的时间则返回0，若有信号中断则返回剩余秒数。
6．lockf()
锁定文件的某些段或整个文件。
系统调用格式：

int lockf(files,function,size)int files,function;long size;

函数说明：files是文件描述符（1：标准输出设备屏幕，0：标准输入设备键盘），function是锁定和解锁（1：锁定，0：解锁），size是锁定或解锁的字节数，若用0，表示从文件的当前位置到文件尾。

看例子

#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<signal.h>#include<stdio.h>int pid1,pid2;main(){    int fd[2];    char OutPipe[100],InPipe[100];    pipe(fd);    while((pid1=fork())== -1);    if(pid1==0)    {         lockf(fd[1],1,0);        sprintf(OutPipe,"child 1 process is sending message!");        write(fd[1],OutPipe,50);        sleep(1);        lockf(fd[1],0,0);        exit(0);    }    else    {        while((pid2=fork())== -1);        if(pid2==0)        {            lockf(fd[1],1,0);            sprintf(OutPipe,"child 2 process is sending message!");            write(fd[1],OutPipe,50);            sleep(1);            lockf(fd[1],0,0);            exit(0);        }        else        {            wait(0);            read(fd[0],InPipe,50);            printf("%s\n",InPipe);            wait(0);            read(fd[0],InPipe,50);            printf("%s\n",InPipe);            exit(0);        }    }}

两个子进程分别往无名管道中写入一条消息，父进程分别读出消息。