进程间的通信之无名管道

码农猪刚鬣

已于 2025-04-02 20:58:33 修改

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文章标签：算法开发语言 c语言 linux

于 2025-04-02 20:30:11 首次发布

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从一个进程连接数据流到另一个进程时，就使用管道，通常是把一个进程的输出通过管道连接到另一个进程的输入。

1.pipe函数
该函数的原型为int pipe(int file_descritor[2])，其参数是一个由两个整数类型的文件描述符组成的数组的指针，该函数在数组中填上两个新的文件描述符后返回0，如果失败返回-1.两个文件描述符以一种特殊的方式连接起来，写到file_descriptor[1]的数据都可以从file_descriptor[0]读回来。数据基于先进先出的原则进行处理。

2.读写规则
管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字fd[0]表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1]来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。

2.1从管道中读取数据
如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。

2.2向管道中写入数据
向管道中写入数据时，linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将一直阻塞。
注：只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。

3.read
read(fd,buf,nbyte)
功能：从fd所指示的文件中读出nbyte个字节的数据，并将它们送至由指针buf所指示的缓冲区中。如该文件被加锁，等待，直到锁打开为止。

4.write
write(fd,buf,nbyte)
功能：把nbyte个字节的数据，从buf所指向的缓冲区写到由fd所指向的文件中。如文件加锁，暂停写入，直至开锁。

5.sprintf
sprintf(str, format )
功能：根据参数format 字符串来转换并格式化数据，然后将结果复制到参数str所指的字符串数组，直到出现字符结束（‘\0’）为止。

6.程序源码
创建文件 vi noNamepipe.c

#include<sys/types.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main(void)
{
    pid_t pid1;
    int fields[2];
    char buffer[80];
    char s[100];
    char ss[100];
    if(pipe(fields)!=0){
        fprintf(stderr,"Createpipe error:%s\n\a",strerror(errno));
        exit(1);
    }
    if((pid1=fork())<0)printf("fork child error!\n");
/* 子进程写入数据 */
    if(pid1==0){
    printf("fork child,child is sending a message !\n");
    char s[]="hello!\n";
    write(fields[1],s,sizeof(s));
    exit(0)
        }
/* 父进程读取数据 */
    else 
    {
    printf("parent read start !\n");
    read(fields[0],buffer,80);
printf("parent receive the message:%s",buffer);
    }
    exit (0);
}

编译运行

cc -o unamepipe unamepipe.c -g
./unamepipe

进程间通信之无名管道

无名管道（Unnamed Pipe）是Unix/Linux系统中一种最基本的进程间通信(IPC)机制，主要用于具有亲缘关系的进程（如父子进程）之间的通信。

基本特性

半双工通信：数据只能单向流动，一端用于写入，另一端用于读取
亲缘关系：通常用于父子进程或兄弟进程间的通信
内存结构：基于内核缓冲区实现，大小有限（通常为几KB）
生命周期：随进程的终止而自动销毁

创建和使用

在C语言中，使用pipe()系统调用创建无名管道：

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);

pipefd[0]：读取端文件描述符
pipefd[1]：写入端文件描述符
成功返回0，失败返回-1

典型使用场景

父子进程通信

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

int main() {
    int pipefd[2];
    char buf[100];
    pid_t pid;
    
    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }
    
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    
    if (pid == 0) { // 子进程
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));
        printf("Child received: %s\n", buf);
        close(pipefd[0]);
    } else { // 父进程
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        const char *msg = "Hello from parent";
        write(pipefd[1], msg, strlen(msg) + 1);
        close(pipefd[1]);
    }
    
    return 0;
}

代码解析

1. 创建无名管道

int pipefd[2];  // pipefd[0]是读端，pipefd[1]是写端
if (pipe(pipefd) == -1) {
    perror("pipe");
    return 1;
}

pipe(pipefd) 创建一个无名管道，返回两个文件描述符：
- pipefd[0]：读端（用于读取数据）
- pipefd[1]：写端（用于写入数据）
如果失败，返回 -1 并打印错误信息。
2. 创建子进程（fork）

pid_t pid = fork();
if (pid == -1) {
    perror("fork");
    return 1;
}

fork() 创建子进程：
- 父进程：fork() 返回 子进程的 PID（>0）
- 子进程：fork() 返回 0
- 失败：返回 -1（如系统资源不足）
- 3. 子进程（读取数据）
- ```
if (pid == 0) { // 子进程
    close(pipefd[1]); // 关闭写端（子进程只读）
    read(pipefd[0], buf, sizeof(buf)); // 从管道读取数据
    printf("Child received: %s\n", buf);
    close(pipefd[0]); // 关闭读端
}
```
- 关闭写端：子进程不需要写入，关闭 pipefd[1] 避免资源泄漏。
- 读取数据：
  - read(pipefd[0], buf, sizeof(buf)) 从管道读取数据到 buf。
  - 如果管道为空，read() 会阻塞，直到父进程写入数据。
- 打印数据：子进程输出接收到的消息。
- 4. 父进程（写入数据）
- ```
else { // 父进程
    close(pipefd[0]); // 关闭读端（父进程只写）
    const char *msg = "Hello from parent";
    write(pipefd[1], msg, strlen(msg) + 1); // 写入管道
    close(pipefd[1]); // 关闭写端
}
```
- 写入数据：
  - write(pipefd[1], msg, strlen(msg) + 1) 向管道写入数据。
  - strlen(msg) + 1 确保写入字符串的 '\0' 终止符。
  - 如果管道已满，write() 会阻塞，直到子进程读取数据。
- 关闭写端：写入完成后关闭 pipefd[1]。