107.管道（有名、无名管道）

目录

管道

无名管道?

无名管道的创建

无名管道的基本用法

有名管道?

写管道的进程：

读管道的进程：

管道

? ? ? ? 管道是一种进程间通信的机制，允许一个进程的输出直接作为另一个进程的输入。在Linux 系统中，管道通过 pipe 系统调用来创建。一个典型的管道由两个文件描述符表示，分别用于读取和写入。

因为管道数据是通过队列来维护的，我们先来分析一个管道中数据的特点：

• 管道对应的内核缓冲区大小是固定的，默认为4k（也就是队列最大能存储4k数据）
• 管道分为两部分：读端和写端（队列的两端），数据从写端进入管道，从读端流出管道。
• 管道中的数据只能读一次，做一次读操作之后数据也就没有了（读数据相当于出队列）。
• 管道是单工的：数据只能单向流动, 数据从写端流向读端。
• 对管道的操作（读、写）默认是阻塞的
• 读管道：管道中没有数据，读操作被阻塞，当管道中有数据之后阻塞才能解除
• 写管道：管道被写满了，写数据的操作被阻塞，当管道变为不满的状态，写阻塞解除。

// 读管道
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
// 写管道的函数
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

无名管道?

? ? ? ? 无名管道是一种最简单的管道形式，通过 pipe 系统调用创建。它是单向的，只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信，通常在创建子进程前调用 pipe，然后通过 fork 创建子进程，实现父子进程之间的通信。

无名管道的创建

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);//pipefd 是一个长度为 2 的整型数组，用于存储两个文件描述符
/*pipefd()成功返回 0，失败返回-1
  fds[0]是管道读端的描述符
  fds[1]是管道写端的描述符 */

无名管道的基本用法

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    int pipefd[2];

    // 创建管道
    if (pipe(pipefd) == -1)
    {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();

    if (pid == -1)
    {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid > 0)
    {
        // 父进程
        close(pipefd[0]); // 关闭管道读取端

        const char *message = "Hello from parent!";
        write(pipefd[1], message, strlen(message));

        close(pipefd[1]); // 关闭管道写入端
    }
    else if (pid == 0)
    {
        // 子进程
        close(pipefd[1]); // 关闭管道写入端

        char buffer[50];
        ssize_t bytesRead = read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        if (bytesRead == -1)
        {
            perror("read");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        buffer[bytesRead] = '\0';
        printf("Child received: %s\n", buffer);

        close(pipefd[0]); // 关闭管道读取端
    }

    return 0;
}

1. 创建管道： 通过 pipe(pipefd) 创建了一个无名管道，pipefd[0] 是读取端，pipefd[1] 是写入端。

2. 创建子进程： 通过 fork() 创建了一个子进程。父进程和子进程都会执行后续的代码。

3. 父进程写入消息： 在父进程中，关闭了读取端 pipefd[0]，然后使用 write(pipefd[1], message, strlen(message)) 向管道的写入端 pipefd[1] 写入消息 "Hello from parent!"。

4. 子进程读取消息： 在子进程中，关闭了写入端 pipefd[1]，然后使用 read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer)) 从管道的读取端 pipefd[0] 读取消息。读取的内容被存储在 buffer 中，并通过 printf 打印出来。

5. 关闭文件描述符： 父子进程分别关闭了管道中不再需要的文件描述符。

这个例子中，父进程向子进程发送了一条消息，子进程接收到并打印了这条消息。需要注意的是，管道是一种半双工通信机制，数据是单向流动的。在实际应用中，可能需要创建两个管道来实现双向通信。此外，为了防止产生僵尸进程，通常在父进程中使用 wait 等待子进程的结束。

有名管道?

? ? ? ? 有名管道拥有管道的所有特性，之所以称之为有名是因为管道在磁盘上有实体文件, 文件类型为p ，有名管道文件大小永远为0，因为有名管道也是将数据存储到内存的缓冲区中，打开这个磁盘上的管道文件就可以得到操作有名管道的文件描述符，通过文件描述符读写管道存储在内核中的数据。

? ? ? ? 有名管道也可以称为 fifo (first in first out)，使用有名管道既可以进行有血缘关系的进程间通信，也可以进行没有血缘关系的进程间通信。创建有名管道的方式有两种，一种是通过命令，一种是通过函数。

通过函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
// int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

参数:

• pathname: 要创建的有名管道的名字
• mode: 文件的操作权限, 和open()的第三个参数一个作用，最终权限: (mode & ~umask)
• 返回值：创建成功返回 0，失败返回 -1

? ? ? ? 不管是有血缘关系还是没有血缘关系，使用有名管道实现进程间通信的方式是相同的，就是在两个进程中分别以读、写的方式打开磁盘上的管道文件，得到用于读管道、写管道的文件描述符，就可以调用对应的read()、write()函数进行读写操作了。

写管道的进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
    int fd = open("FIFO", O_WRONLY);// 打开有名管道 "FIFO"，使用写入权限
    assert(fd != -1); // 检查文件打开是否成功

    printf("open FIFO success\n");

    // 进入一个无限循环，提示用户输入数据
    while (1)
    {
        printf("please input: ");// 提示用户输入
        char buff[128] = {0};

        fgets(buff, 128, stdin); 从标准输入中读取用户输入的数据，存储在 buff 缓冲区中

        write(fd, buff, strlen(buff) - 1);// 将用户输入的数据写入到已打开的有名管道文件描述符 fd 中

        // 检查用户输入是否为 "end"，如果是，退出循环
        if (strncmp(buff, "end", 3) == 0)
        {
            break;
        }
    }
    // 关闭有名管道文件描述符
    close(fd);
    exit(0);
}

这是一个用于向有名管道写入数据的程序。让我为您解释一下：

1. open("FIFO", O_WRONLY) 打开名为 "FIFO" 的有名管道，使用写入权限。如果该文件不存在，会创建它。

2. 进入一个无限循环，提示用户输入数据：

   • fgets(buff, 128, stdin) 从标准输入中读取用户输入的数据，存储在 buff 缓冲区中。这里假设用户输入的数据不超过 128 个字符。

   • write(fd, buff, strlen(buff) - 1) 将用户输入的数据写入到已打开的有名管道文件描述符 fd 中。这里使用 strlen(buff) - 1 是为了去掉输入中的换行符。

   • 检查用户输入是否为 "end"，如果是，退出循环。

3. 关闭有名管道文件描述符 (close(fd))，退出程序。

读管道的进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    // 打开有名管道 "FIFO"，使用只读权限
    int fd = open("FIFO", O_RDONLY);
    assert(fd != -1); // 检查文件打开是否成功

    printf("open FIFO success\n");

    // 进入一个无限循环，读取有名管道中的数据并输出
    while (1) {
        char buff[128] = {0};
        // 从有名管道中读取数据，存储在 buff 缓冲区中
        int n = read(fd, buff, 127);

        // 如果读取到的数据小于等于 0，或者读取到的数据为 "end"，则退出循环
        if (n <= 0 || 0 == strncmp(buff, "end", 3)) {
            break;
        }

        // 输出读取到的数据
        printf("%s\n", buff);
    }

    // 关闭有名管道文件描述符
    close(fd);
    exit(0);
}

这段代码是一个使用有名管道（FIFO）进行进程间通信的示例。有名管道是一种特殊的文件，可用于在不相关的进程之间传递数据。

1. 打开有名管道文件 "FIFO"，并使用只读权限打开，open("FIFO", O_RDONLY)。
2. 检查文件打开是否成功，如果失败则退出程序。
3. 进入一个无限循环，用于读取有名管道中的数据并输出。
4. 使用 read 从有名管道中读取数据，将其存储在 buff 缓冲区中，最多读取 127 个字节。
5. 如果读取到的数据小于等于 0，或者读取到的数据为 "end"，则退出循环。
6. 输出读取到的数据。
7. 关闭有名管道文件描述符。
8. 退出程序。