▋1. 管道的概念

管道，又名「無名管理」，或「匿名管道」，管道是一種非常基本，也是使用非常頻繁的IPC方式。

1.1 管道本質

• 管道的本質也是一種檔案，不過是偽檔案，實際上是一塊核心緩衝區，大小4K；
• 管道建立以後會產生兩個檔案描述符，一個是讀端，另一個是寫端；
• 管道里的資料只能從寫端被寫入，從讀端被讀出；

1.2 管道原理

管道是核心的一塊緩衝區，更具體一些，是一個環形佇列。資料從佇列的一端寫入資料，另一端讀出，如下圖示：

1.3 管道的優點

簡單

1.4 管道的缺點

• 只能單向通訊，如果需要雙向通訊則需要建立兩個管道；
• 只能應用於具有血緣關係的程序，如父子程序；
• 緩衝區大小受限，通常為1頁，即4k；

▋2. 管道的建立

管道建立三步曲：

a. 父程序呼叫pipe函式建立管道；

b. 父程序呼叫fork函式建立子程序；

c. 父程序關閉fd[0]，子程序關閉fd[1]；

具體如下圖所示：

▋3. 管道的讀寫行為

a. 管道的緩衝區大小固定為4k，所以如果管道內資料已經寫滿，則無法再寫入資料，程序的write呼叫將阻塞，直到有足夠的空間再寫入資料；

b. 管道的讀動作比寫動作要快，資料一旦被讀走了，管道將釋放相應的空間，以便後續資料的寫入。當所有的資料都讀完之後，程序的read()呼叫將阻塞，直到有資料再次寫入。

▋4. 例程

父子間通訊：

 1#include <stdio.h>
 2#include <sys/types.h>
 3#include <unistd.h>
 4#include <string.h>
 5
 6int main()
 7{
 8    int fd[2];
 9    pid_t pid;
10    char buf[1024];
11    char *data = "hello world!";
12
13    /* 建立管道 */
14    if (pipe(fd) == -1) {
15        printf
 
("ERROR: pipe create failed!\n");
16        return -1;
17    }
18
19    pid = fork();
20    if (pid == 0) {
21        /* 子程序 */
22        close(fd[1]);   // 子程序讀取資料，關閉寫端
23        read(fd[0], buf, sizeof(buf));  // 從管道讀資料
24        printf("child process read: %s\n", buf);
25        close(fd[0]);
26    } else if (pid > 0) {
27        /* 父程序 */
28        close(fd[0]);   //父程序寫資料，關閉讀端
29        write(fd[1], data, strlen(data));   // 向管道寫資料
30        printf("parent process write: %s\n", data);
31        close(fd[1]);
32    }
33
34    return 0;
35}
複製程式碼

兄弟間通訊：

 1#include <stdio.h>
 2#include <sys/types.h>
 3#include <unistd.h>
 4#include <string.h>
 5#include <sys/wait.h>
 6
 7int main ()
 8{
 9    int fd[2];
10    int i = 0;
11    pid_t pid;
12    char buf[1024];
13    char *data = "hello world!";
14
15    /* 建立管道 */
16    if (pipe(fd) == -1) {
17        printf("ERROR: pipe create failed!\n");
18        return -1;
19    }
20
21    for (i = 0; i < 2; i++) {
22        pid = fork();
23        if (pid == -1) {
24            printf("ERROR: fork error!\n");
25            return -1;
26        } else if (pid == 0) {
27            break;
28        }
29    }
30
31    /* 通過i來判斷建立的子程序及父程序 */
32    if (i == 0) {
33        /* 第一個子程序，兄程序 */
34        close(fd[0]);   // 兄程序向弟程序寫資料，關閉讀端
35        write(fd[1], data, strlen(data));
36        printf("elder brother send: %s\n", data);
37        close(fd[1]);
38    } else if (i == 1) {
39        /* 第二個子程序，弟程序 */
40        close(fd[1]);
41        read(fd[0], buf, sizeof(buf));
42        printf("younger brother receive: %s\n", buf);
43        close(fd[0]);
44    } else {
45        /* 父程序 */
46        close(fd[0]);
47        close(fd[1]);
48        for (i = 0; i < 2; i++) {
49            wait(NULL);
50        }
51    }
52
53    return 0;
54}
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