Linux系統程式設計—有名管道

Linux · 發表 2018-11-28 11:20:03

摘要： ▋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；...

▋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：

img

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：

img

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

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