Linux 多工程式設計——程序間通訊：無名管道(PIPE)
管道的概述
管道也叫無名管道，它是是 UNIX 系統 IPC（程序間通訊） 的最古老形式，所有的 UNIX 系統都支援這種通訊機制。
無名管道有如下特點：
1、半雙工，資料在同一時刻只能在一個方向上流動。
2、資料只能從管道的一端寫入，從另一端讀出。
3、寫入管道中的資料遵循先入先出的規則。
4、管道所傳送的資料是無格式的，這要求管道的讀出方與寫入方必須事先約定好資料的格式，如多少位元組算一個訊息等。
5、管道不是普通的檔案，不屬於某個檔案系統，其只存在於記憶體中。
6、管道在記憶體中對應一個緩衝區。不同的系統其大小不一定相同。
7、從管道讀資料是一次性操作，資料一旦被讀走，它就從管道中被拋棄，釋放空間以便寫更多的資料。
8、管道沒有名字，只能在具有公共祖先的程序（父程序與子程序，或者兩個兄弟程序，具有親緣關係）之間使用。
對於無名管道特點的理解，我們可以類比現實生活中管子，管子的一端塞東西，管子的另一端取東西。
無名管道是一種特殊型別的檔案，在應用層體現為兩個開啟的檔案描述符。
管道的操作
所需標頭檔案：
#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);
功能：
建立無名管道。
引數：
filedes: 為 int 型陣列的首地址，其存放了管道的檔案描述符 filedes[0]、filedes[1]。
當一個管道建立時，它會建立兩個檔案描述符 fd[0] 和 fd[1]。其中 fd[0] 固定用於讀管道，而 fd[1] 固定用於寫管道。一般檔案 I/O 的函式都可以用來操作管道( lseek() 除外)。
返回值：
成功：0
失敗：-1
下面我們寫這個一個例子，子程序通過無名管道給父程序傳遞一個字串資料：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd_pipe[2] = {0};
pid_t pid;
if( pipe(fd_pipe) < 0 ){// 建立無名管道
perror("pipe");
}
pid = fork(); // 建立程序
if( pid < 0 ){ // 出錯
perror("fork");
exit(-1);
}
if( pid == 0 ){ // 子程序
char buf[] = "I am mike";
// 往管道寫端寫資料
write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf));
_exit(0);
}else if( pid > 0){// 父程序
wait(NULL); // 等待子程序結束，回收其資源
char str[50] = {0};
// 從管道里讀資料
read(fd_pipe[0], str, sizeof(str));
printf("str=[%s]\n", str); // 列印資料
}
return 0;
}
執行結果如下：
管道的特點
每個管道只有一個頁面作為緩衝區，該頁面是按照環形緩衝區的方式來使用的。這種訪問方式是典型的“生產者——消費者”模型。當“生產者”程序有大量的資料需要寫時，而且每當寫滿一個頁面就需要進行睡眠等待，等待“消費者”從管道中讀走一些資料，為其騰出一些空間。相應的，如果管道中沒有可讀資料，“消費者” 程序就要睡眠等待，具體過程如下圖所示：
預設的情況下，從管道中讀寫資料，最主要的特點就是阻塞問題（這一特點應該記住），當管道里沒有資料，另一個程序預設用 read() 函式從管道中讀資料是阻塞的。
測試程式碼如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd_pipe[2] = {0};
pid_t pid;
if( pipe(fd_pipe) < 0 ){// 建立無名管道
perror("pipe");
}
pid = fork(); // 建立程序
if( pid < 0 ){ // 出錯
perror("fork");
exit(-1);
}
if( pid == 0 ){ // 子程序
_exit(0);
}else if( pid > 0){// 父程序
wait(NULL); // 等待子程序結束，回收其資源
char str[50] = {0};
printf("before read\n");
// 從管道里讀資料，如果管道沒有資料， read()會阻塞
read(fd_pipe[0], str, sizeof(str));
printf("after read\n");
printf("str=[%s]\n", str); // 列印資料
}
return 0;
}
執行結果如下：
當然，我們程式設計時可通過 fcntl() 函式設定檔案的阻塞特性。
設定為阻塞：fcntl(fd, F_SETFL, 0);
設定為非阻塞：fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
測試程式碼如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd_pipe[2] = {0};
pid_t pid;
if( pipe(fd_pipe) < 0 ){// 建立無名管道
perror("pipe");
}
pid = fork(); // 建立程序
if( pid < 0 ){ // 出錯
perror("fork");
exit(-1);
}
if( pid == 0 ){ // 子程序
sleep(3);
char buf[] = "hello, mike";
write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf)); // 寫資料
_exit(0);
}else if( pid > 0){// 父程序
fcntl(fd_pipe[0], F_SETFL, O_NONBLOCK); // 非阻塞
//fcntl(fd_pipe[0], F_SETFL, 0); // 阻塞
while(1){
char str[50] = {0};
read( fd_pipe[0], str, sizeof(str) );//讀資料
printf("str=[%s]\n", str);
sleep(1);
}
}
return 0;
}
執行結果如下：
預設的情況下，從管道中讀寫資料，還有如下特點（知道有這麼回事就夠了，不用刻意去記這些特點）：
1）呼叫 write() 函式向管道里寫資料，當緩衝區已滿時 write() 也會阻塞。
測試程式碼如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd_pipe[2] = {0};
pid_t pid;
char buf[1024] = {0};
memset(buf, 'a', sizeof(buf)); // 往管道寫的內容
int i = 0;
if( pipe(fd_pipe) < 0 ){// 建立無名管道
perror("pipe");
}
pid = fork(); // 建立程序
if( pid < 0 ){ // 出錯
perror("fork");
exit(-1);
}
if( pid == 0 ){ // 子程序
while(1){
write(fd_pipe[1], buf, sizeof(buf));
i++;
printf("i ======== %d\n", i);
}
_exit(0);
}else if( pid > 0){// 父程序
wait(NULL); // 等待子程序結束，回收其資源
}
return 0;
}
執行結果如下：
2）通訊過程中，別的程序先結束後，當前程序讀埠關閉後，向管道內寫資料時，write() 所在程序會（收到 SIGPIPE 訊號）退出，收到 SIGPIPE 預設動作為中斷當前程序。
測試程式碼如下：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd_pipe[2] = {0};
pid_t pid;
if( pipe(fd_pipe) < 0 ){// 建立無名管道
perror("pipe");
}
pid = fork(); // 建立程序
if( pid < 0 ){ // 出錯
perror("fork");
exit(-1);
}
if( pid == 0 ){ // 子程序
//close(fd_pipe[0]);
_exit(0);
}else if( pid > 0 ){// 父程序
wait(NULL); // 等待子程序結束，回收其資源
close(fd_pipe[0]); // 當前程序讀埠關閉
char buf[50] = "12345";
// 當前程序讀埠關閉
// write()會收到 SIGPIPE 訊號，預設動作為中斷當前程序
write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf));
while(1); // 阻塞
}
return 0;
}
執行結果如下：
---------------------
作者：Mike__Jiang
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/46315517
版權宣告：本文為博主原創文章，轉載請附上博文連結！