一.无名管道(pipe)

目录

1.1 无名管道概述

1.1.1无名管道特点

1.2 无名管道的创建?

1.3 无名管道实现进程间通信

1.3.1无名管道在父子进程之间的通信

1.3.2无名管道的读写规律

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1.1 无名管道概述

? ? ? ?无名管道是进程间通信的一种方式，适用于在同一台计算机上的父子进程或兄弟进程之间进行通信。无名管道是一种特殊类型的文件，在应用层体现为两个打开的文件描述符。

? ? ? ?任何一个进程在创建的时候，系统都会 给他分配4G的虚拟内存，分为3G的用户空间和1G 的内核空间，内核空间是所有进程公有的，无名管道就是创建在内核空间的，多个进程知道 同一个无名管道的空间，就可以利用他来进行通信 无名管道虽然是在内核空间创建的，但是会给当前用户进程两个文件描述符，一个负责执行 读fd[0]操作，一个负责执行写fd[1]操作。

1.1.1无名管道特点

管道是最古老的 UNIX IPC 方式，其特点是:

1、半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动。

2、数据只能从管道的一端写入，从另一端读出。

3、写入管道中的数据遵循先入先出的规则。

4、管道所传送的数据是无格式的，这要求管道的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式，如多少字节算一个 消息等。

5、管道不是普通的文件，不属于某个文件系统，其只存在于内存中。

6、管道在内存中对应一个缓冲区，不同的系统其大小不一定相同。

7、从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走，它就从管道中被抛弃，释放空间以便写更多的数据。

8、管道没有名字，只能在具有公共祖先的进程之间使用。

1.2 无名管道的创建?

man pipe

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);

?功能：创建一个无名管道，返回两个文件描述符负责对管道进行读写操作

参数：

?pipe fd：int型数组的首地址，里面有两个元素。

pipefd[0] 负责对管道执行读操作 ，pipefd[1] 负责对管道执行写操作。

返回值：成功：0 ，?失败：‐1

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //使用pipe创建一个无名管道
    int fd_pipe[2];
    if(pipe(fd_pipe) == -1)
    {
        perror("fail to pipe");
        exit(1);
    }

    printf("fd_pipe[0] = %d\n", fd_pipe[0]);
    printf("fd_pipe[1] = %d\n", fd_pipe[1]);

    //对无名管道执行读写操作
    //由于无名管道给当前用户进程两个文件描述符，所以只要操作这两个文件
    //描述符就可以操作无名管道，所以通过文件IO中的read和write函数对无名管道进行操作

    //通过write函数向无名管道中写入数据
    //fd_pipe[1]负责执行写操作
    //如果管道中有数据，再次写入的数据会放在之前数据的后面，不会把之前的数据替换
    if(write(fd_pipe[1], "hello world", 11) == -1)
    {
        perror("fail to write");
        exit(1);
    }

    write(fd_pipe[1], "nihao beijing", strlen("nihao beijing")+1);

    //通过read函数从无名管道中读取数据
    //fd_pipe[0]负责执行读操作
    //读取数据时，直接从管道中读取指定个数的数据，如果管道中没有数据了，则read函数会阻塞等待
    char buf[32] = "";
    ssize_t bytes;
    if((bytes = read(fd_pipe[0], buf, 20)) == -1)
    {
        perror("fail to read");
        exit(1);
    }

    printf("buf = [%s]\n", buf);
    printf("bytes = %ld\n", bytes);
    
    bytes = read(fd_pipe[0], buf, sizeof(buf));
    printf("buf = [%s]\n", buf);
    printf("bytes = %ld\n", bytes);

    bytes = read(fd_pipe[0], buf, sizeof(buf));
    printf("buf = [%s]\n", buf);
    printf("bytes = %ld\n", bytes);

    return 0;
}

1.3 无名管道实现进程间通信

1.3.1无名管道在父子进程之间的通信

注意： 利用无名管道实现进程间的通信，都是父进程创建无名管道，然后再创建子进程，子进程继承父进程的无名 管道的文件描述符，然后父子进程通过读写无名管道实现通信 从管道中读数据的特点。
?

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

//使用无名管道实现父子进程间的通信
//由于无名管道创建之后给当前进程两个文件描述符，所以如果是完全不相关的进程
//无法获取同一个无名管道的文件描述符，所以无名管道只能在具有亲缘关系的进程间通信

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //创建一个无名管道
    int pipefd[2];
    if(pipe(pipefd) == -1)
    {
        perror("fail to pipe");
        exit(1);
    }
    
    //使用fork函数创建子进程
    pid_t pid;
    if((pid = fork()) < 0)
    {
        perror("fail to fork");
        exit(1);
    }
    else if(pid > 0) // 父进程
    {
        //父进程负责给子进程发送数据 
        char buf[128] = {};
        while(1)
        {
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            buf[strlen(buf) - 1] = '\0';

            if(write(pipefd[1], buf, sizeof(buf)) == -1)
            {
                perror("fail to write");
                exit(1);
            }
        } 
    }
    else //子进程
    {
        //子进程接收父进程的数据
        char buf[128] = "";
        while(1)
        {
            if(read(pipefd[0], buf, sizeof(buf)) == -1)
            {
                perror("fail to read");
                exit(1);
            }

            printf("from parent: %s\n", buf);
        }
    }

    return 0;
}

1.3.2无名管道的读写规律

1、默认用 read 函数从管道中读数据是阻塞的。

2、调用 write 函数向管道里写数据，当缓冲区已满时 write 也会阻塞。

3、通信过程中，读端口全部关闭后，写进程向管道内写数据时，写进程会（收到 SIGPIPE 信号）退出。 编程时可通过 fcntl 函数设置文件的阻塞特性。

设置为阻塞： fcntl(fd, F_SETFL, 0);

设置为非阻塞： fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);

read.c：读写端都存在，只读不写

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int pipefd[2];
    if(pipe(pipefd) == -1)
    {
        perror("fail to pipe");
        exit(1);
    }

    //读写端都存在，只读不写
    //如果管道中有数据，会正常读取数据
    //如果管道中没有数据，则读操作会阻塞等待，直到有数据为止

    write(pipefd[1], "hello world", 11);

    char buf[128] = "";
    if(read(pipefd[0], buf, sizeof(buf)) == -1)
    {
        perror("fail to read");
        exit(1);
    }

    printf("buf = %s\n", buf);

    if(read(pipefd[0], buf, sizeof(buf)) == -1)
    {
        perror("fail to read");
        exit(1);
    }

    printf("buf = %s\n", buf);

    return 0;
}

write.c：读写端都存在，只写不读

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int pipefd[2];
    if(pipe(pipefd) == -1)
    {
        perror("fail to pipe");
        exit(1);
    }

    //读写端都存在，只写不读
    //如果一直执行写操作，则无名管道对应的缓冲区会被写满，写满之后，write函数也会阻塞等待
    //默认无名管道的缓冲区64K字节

    int num = 0;
    while(1)
    {
        if(write(pipefd[1], "6666", 1024) == -1)
        {
            perror("fail to write");
            exit(1);
        }
        num++;
        printf("num = %d\n", num);
    }

    return 0;
}

onlyRead.c：只有读端，没有写端

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int pipefd[2];
    if(pipe(pipefd) == -1)
    {
        perror("fail to pipe");
        exit(1);
    }

    write(pipefd[1], "hello world",11);

    //关闭写文件描述符，只有读端
    //如果原本管道中有数据，则读操作正常读取数据
    //如果管道中没有数据，则read函数会返回0
    close(pipefd[1]);

    char buf[128] = "";
    ssize_t bytes;
    if((bytes = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf))) == -1)
    {
        perror("fail to read");
        exit(1);
    }

    printf("bytes = %ld\n", bytes);
    printf("buf = %s\n", buf);

    //清除字符串中的内容
    memset(buf, 0, sizeof(buf));

    if((bytes = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf))) == -1)
    {
        perror("fail to read");
        exit(1);
    }

    
    printf("bytes = %ld\n", bytes);
    printf("buf = %s\n", buf);

    return 0;
}

onlyWrite:只有写端，没有读端

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

void handler(int sig)
{
    printf("SIGPIPE信号产生了，管道破裂了\n");
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    signal(SIGPIPE, handler);

    int pipefd[2];
    if(pipe(pipefd) == -1)
    {
        perror("fail to pipe");
        exit(1);
    }

    //关闭写操作文件描述符，只有写端
    //如果关闭读端，一旦执行写操作，就会产生一个信号SIGPIPE（管道破裂），
    //这个信号的默认处理方式是退出进程
    close(pipefd[0]);

    int num = 0;
    while(1)
    {
        if(write(pipefd[1], "hello world", 1024) == -1)
        {
            perror("fail to write");
            exit(1);
        }
        num++;
        printf("num = %d\n", num);
    }

    return 0;
}