Linux系统编程中的“管道”

开启掘金成长之旅！这是我参与「掘金日新计划 · 2 月更文挑战」的第 20 天，点击查看活动详情。

一、进程间通信的常用方式，特征

• 管道：简单

• 信号：开销小

• mmap映射：非血缘关系进程间

• socket（本地套接字）：稳定

二、管道

• 实现原理： 内核借助环形队列机制，使用内核缓冲区实现。

• 特质：

  1. 伪文件

  2. 管道中的数据只能一次读取。

  3. 数据在管道中，只能单向流动。

• 局限性：

  1. 自己写，不能自己读。

  2. 数据不可以反复读。

  3. 半双工通信。

  4. 血缘关系进程间可用。

管道原理图

三、pipe函数 创建，并打开管道。

int pipe(int fd[2]);

• 参数：

  fd[0]: 读端。

  fd[1]: 写端。

• 返回值：

  成功： 0

  失败： -1 errno

四、管道的读写行为

• 读管道：

1. 管道有数据，read返回实际读到的字节数。

2. 管道无数据：

   1）无写端，read返回0 （类似读到文件尾）

   2）有写端，read阻塞等待。

• 写管道：

1. 无读端， 异常终止。 （SIGPIPE导致的）

2. 有读端：

   1） 管道已满， 阻塞等待

   2） 管道未满， 返回写出的字节个数。

管道通信

示例程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>

void sys_err(const char *str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret;
    int fd[2];
    pid_t pid;

    char *str = "hello pipe\n";
    char buf[1024];

    ret = pipe(fd);
    if (ret == -1)
        sys_err("pipe error");

    pid = fork();
    if (pid > 0) {
        close(fd[0]);       // 关闭读段
        sleep(3);
        //write(fd[1], str, strlen(str));
        close(fd[1]);
    } else if (pid == 0) {
        close(fd[1]);       // 子进程关闭写段
        ret = read(fd[0], buf, sizeof(buf));
        printf("child read ret = %d\n", ret);
        write(STDOUT_FILENO, buf, ret);

        close(fd[0]);
    }

	return 0;
}

五、管道分类

• pipe管道： 用于有血缘关系的进程间通信。 ps aux | grep ls | wc -l

  父子进程间通信：

  兄弟进程间通信：

• fifo管道：可以用于无血缘关系的进程间通信。

  命名管道： mkfifo

  无血缘关系进程间通信：

  1. 读端，open fifo O_RDONLY

  2. 写端，open fifo O_WRONLY