【Linux】管道

管道是Linux中进程间通信的一种方式，从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个管道。
管道具有半双工，单向通信的特点。

匿名管道

#include <unistd.h>
功能:创建一匿名管道
原型
int pipe(int fd[2]);
参数
fd：文件描述符数组,用于接收函数返回的两个文件描述符。其中fd[0]表示读端, fd[1]表示写端
返回值:成功返回0，失败返回-1

管道特点

只能用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进行通信；通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父、子进程之间就可应用该管道。
管道是面向字节流传输数据的。
进程退出，管道释放，所以管道的生命周期随进程。
内核会对管道操作进行同步（访问临界资源的一定时序性）与互斥（访问临界资源同一时间的唯一性）。
管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道。

 使用fork来共享管道。

使用fork来共享管道的原理就是创建一个子进程，子进程复制了父进程的描述符表，因此也有两个描述符，并且他们指向的是同一个管道。这时候因为他们两个都能访问这个管道，因此他们就可以进行通信了。但是因为管道是半双工单向通信，因此在通信之前需要确定数据流向。

管道读写规则

当没有数据可读时：
1. O_NONBLOCK disable塞阻：read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止。
2. O_NONBLOCK enable非阻塞：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。
当管道被写满时：
1.  O_NONBLOCK disable塞阻：write调用阻塞，直到有进程读走数据。
2. O_NONBLOCK enable非阻塞：调用返回-1，errno值为EAGAIN。
如果写入端全部被关闭，这时候如果读取数据，读取完管道中的数据，然后read返回0。
如果读取端全部被关闭，这时候如果写入数据，write操作会产生SIGPIPE信号，导致write进程退出。
当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。
要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。

PIPE_BUF即为管道的缓存大小。 POSIX.1规定当写入管道的长度小于PIPE_BUF字节时必须是原子的：即写入数据作为连续序列写入管道。 超过PIPE_BUF字节的写入可能是非原子的：内核可能会将数据与其他进程写入的数据交错。 POSIX.1要求PIPE_BUF至少为512字节，在Linux上，PIPE_BUF为4096字节。

命名管道

命名管道可以应用于同一主机上的任意进程间通信（而不仅限于亲缘关系进程）。
FIFO文件就是命名管道，是一种特殊类型的文件。

创建命名管道

1. 通过命令创建：makefifo

mkfifo filename

2. 通过代码创建

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
filename：管道文件路径名
mode：管道文件权限
成功返回0，失败返回-1.

 

int main(int argc, char *argv[])
{
 mkfifo("FIFO", 0644);
 return 0;
}

命名管道打开规则

命名管道是一个特殊类型的文件，使用时需要用户自己打开，所以具有打开特性。通过open打开。

当打开命名管道是为读操作时
1. O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO。
2. O_NONBLOCK enable：立刻返回成功。
当打开命名管道是为写操作时
1. O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO。
2. O_NONBLOCK enable：立刻返回失败，错误码为ENXIO。
以读写方式打开不会阻塞。