Linux进程通信之管道解析
概述
管道是 UNIX系统 IPC的最古老的形式，所有的UNIX系统都提供此种通信。所谓的管道，也就是内核里面的一串缓存，从管道的一段写入的数据，实际上是缓存在内核中的，令一端读取，也就是从内核中读取这段数据。对于管道传输的数据是无格式的流且大小受限。对于管道来说，也分为匿名管道和命名管道，其中命名管道也被叫做 FIFO，下面则分别阐述这两种管道。
匿名管道
默认情况下，在 Shell命令执行过程中，任何一个命令都有一个标准输入设备（键盘）、标准输出设备（显示器）和标准输出设备（显示器），使用管道"|"可以将两个命令连接起来，从而改变标准的输入输出方式,下面是在 Linux 端运行命令行的一个截图：
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上述命令中的意思也就是，将ls命令得到的结果作为 grep tags命令的输入。
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连接输入输出的中间设备即为一个管道文件，综上，也就是说使用管道可以将一个命令的输出作为另一个命令的输入（在运行的时候，一个命令将创建一个进程），而这种管道是临时的，命令执行完毕之后就会自动消失，这类管道称为无名管道。
匿名管道例子
匿名管道在使用前要先创建，其函数的声明如下：
extern int pipe (int __pipedes[2]);
此函数的参数是一个整型数组，如果执行成功，pipe 将存储两个整型文件描述符于__pipedes[0]和__pipedes[1]中，他们分别指向管道的两端。如果系统调用失败，则返回 -1。
读无名管道，该函数的声明如下：
extern ssize_t read (int __fd, void *__buf, size_t __nbytes);
第一个参数fd为打开的文件描述符，buf为读出数据的存储位置，nbytes为读取数据的大小，调用 read 函数将从 fd 指向的文件描述符指定的打开文件中宏读 n 字节到 buf 指向的缓冲区内。
如果试图向已经填满的管道写入，系统会自动阻塞。一个管道不能同时被两个进程打开。
extern ssize_ t write(int __fd, __const void *__buf, size_t __n);
从 buf指向的缓冲区中向管道中写入nbytes字节，且每次写入的内容都附件在管道的末端。
那要如何使用管道在两个进程之间通信呢，我们可以使用 fork()创建子进程，创建的子进程会复制父进程的文件描述符，这样就做到了两个进程各有两个fd[0]与fd[1]，两个进程就可以通过各自的fd写入和读取同一个管道文件实现进程通信了，具体原理如下所示：
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具体的例子如下所示：
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
pid_t pid;
int temp;
int pipedes[2];
char s[14] = "test message!";
char d[14];
if (pipe(pipedes) == -1) // 创建管道
{
perror("pipe");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (pid == fork() == -1)
{
perror("fork");
exit(EXIT_FAILURE);
}
else if (pid == 0) // 子进程
{
printf("now,write data to pipe\n");
if (write(pipedes[1], s, 14) == -1) // 写数据到管道
{
perror("write");
exit(EXIT_FAILURE);
}
else
{
printf("the written data is:%s\n",s);
exit(EXIT_SUCESS);
}
}
else if (pid > 0) // 父进程
{
slepp(2);
printf("now, read from pipe\n");
if ((read(pipedes[0], d, 14)) == -1)
{
perror("read");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("the data from pipe is:%s\n",d);
}
return 0;
}
代码运行的结果如下所示：
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命名管道
命名管道又被称之为是 FIFO ，未命名的管道只能在两个相关的进程之间使用，而且这两个相关的进程还要又一个共同创建了他们的祖先进程，但是，通过 FIFO ，不相关的进程也能交换数据。
首先，介绍下是如何创建命名管道的：
extern int mkfifo (__const char *__path, __mode_t __mode);
mkfifo会根据参数建立特殊的有名管道文件，该文件必须不存在，而参数mode为该文件的权限。
下面是一个使用命名管道进行进程间通信的例子，例子分为两个程序，分别是读部分和写部分,首先看先往管道写数据的代码，代码如下所示：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int fd;
// FIFO file path
char * myfifo = "/tmp/myfifo";
// Creating the named file(FIFO)
// mkfifo(<pathname>, <permission>)
mkfifo(myfifo, 0666);
char arr1[80], arr2[80];
while (1)
{
// Open FIFO for write only
fd = open(myfifo, O_WRONLY);
printf("The fd is:%d\n",fd);
// Take an input arr2ing from user.
// 80 is maximum length
fgets(arr2, 80, stdin);
// Write the input arr2ing on FIFO
// and close it
write(fd, arr2, strlen(arr2)+1);
close(fd);
// Open FIFO for Read only
fd = open(myfifo, O_RDONLY);
// Read from FIFO
read(fd, arr1, sizeof(arr1));
// Print the read message
printf("User2: %s", arr1);
close(fd);
}
return 0;
}
然后是先往管道读数据的代码，代码如下所示：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int fd1;
// FIFO file path
char * myfifo = "/tmp/myfifo";
char str1[80], str2[80];
while (1)
{
// First open in read only and read
fd1 = open(myfifo,O_RDONLY);
printf("The fd is:%d\n",fd1);
read(fd1, str1, 80);
// Print the read string and close
printf("User1: %s", str1);
close(fd1);
// Now open in write mode and write
// string taken from user.
fd1 = open(myfifo,O_WRONLY);
fgets(str2, 80, stdin);
write(fd1, str2, strlen(str2)+1);
close(fd1);
}
return 0;
}
下面是代码运行的一个结果：
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说明一下，就是说当运行 write程序的时候，会创建fifo文件，命名管道，然后，在 write文件中就执行open操作，但是，这里存在的一个问题就是，因为在运行 write程序的时候，没有进程打开读端，也就阻塞了 open函数的运行,只有运行read操作，以读的方式读取管道的数据，这样才能使得write中的open函数继续执行。
综上，也就是命名管道在进程中通信的一个例子。
小结
上述就是本次进程通信中关于管道的相关内容，其中就包括匿名管道以及命名管道，他们之间存在着差别吗，也各有各的应用，本次的分享就到这里啦~
你点的每个好看，我都认真当成了喜欢
腾讯云开发者
