Linux系统开发 | 进程通信之无名管道

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概述

若是一个多线程的进程，由于各个线程共享一个地址空间，可以直接通过变量的形式进行通信。而进程，由于各个进程独占一个地址空间，我们需要一种通信机制来完成进程间的数据交互。本章介绍的是无名管道，进程间的通信机制有以下几种：

• 无名管道（pipe）
• 有名管道 （fifo）
• 信号（signal）
• 共享内存（share memory）
• 消息队列（message queue）
• 信号灯集（semaphore set）
• 套接字（socket）

之间有区分与各自的运用场景，其中套接字通常使用在网络服务，其他只能在本地场景下使用。笔者以后会逐一学习，本章介绍无名管道。

无名管道

无名管道本质

是进程间通信机制，无名管道并不是普通的文件，不属于任何文件系统，并且只存在于内存中

无名管道特点

• 只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信
• 单工的通信模式，具有固定的读端和写端
• 无名管道创建时会返回两个文件描述符，分别用于读写管道

无名管道通信机制

 pfd[0]保存文件的描述符用于读管道；pfd[1]同样是保存文件的描述符用于写管道。这两个文件构成一个管道！
 

读管道特性

• 写端存在且有数据时，read返回实际读取的字节数
• 写端存在但无数据时，进程读阻塞（知道有数据可读.）
• 写端不存在但有数据时，read返回实际读取的字节数
• 写端不存在且无数据时，read返回0

写管道特性

• 读端存在且有空间，write返回实际写入的字节数
• 读端存在但无空间，进程写阻塞
• 读端不存在，管道断裂！   进程异常结束

pipe创建无名管道

#include  <unistd.h>
int  pipe(int pfd[2]);

•  成功时返回0，失败时返回EOF
•  pfd  包含两个元素的整形数组，用来保存文件描述符
•  pfd[0]用于读管道；pfd[1]用于写管道

示例1

分析：子进程1和子进程2分别往管道中写入字符串；父进程读管道内容并打印；

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main(void) {
  pid_t pid1, pid2;
  char buf[32];
  int pfd[2];

  if (pipe(pfd) < 0) {
    perror(“pipe”); 
	exit(-1);
  }
  
  if ((pid1 = fork()) < 0) {
    perror(“fork”);  
	exit(-1);
  }
  else if (pid1 == 0) {          //  子进程1
    strcpy(buf, “I’m process1”);
    write(pfd[1], buf, 32);
    exit(0);   
  }
  else {             //  父进程
    if ((pid2 = fork()) < 0) {
      perror(“fork”); exit(-1);
    }
    else if (pid2 == 0) {        //  子进程2
      sleep(1);
      strcpy(buf, “I’m process 2”);
      write(pfd[1], buf, 32);
    }  
    else {        //  父进程
      wait(NULL);
      read(pfd[0], buf, 32);
      printf(“%s\n”, buf);
      wait(NULL);
      read(pfd[0], buf, 32);
      printf(“%s\n”, buf);
    }
  }
  
  return  0;
}       
  

示例2

获取无名管道的大小

分析：循环写入管道，直到阻塞，count记录统计的循环的次数

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

int main(int argc,  char *argv[])
{
   int pfd[2], count = 0;
   char buf[1024];
   
   if (pipe(pfd) < 0)
   {
     perror("pipe");
     exit(-1);	 
   }
   
   while ( 1 )
   {
      write(pfd[1], buf, 1024);
	  printf("wrote %dk bytes\n", ++count);
   }
   
   return  0;
 }