00. 目錄

文章目錄

• • 00. 目錄
  • 01. 管道概述
  • 02. 管道創(chuàng)建函數(shù)
  • 03. 管道的特性
  • 04. 管道設(shè)置非阻塞
  • 05. 附錄

01. 管道概述

管道也叫無(wú)名管道，它是是 UNIX 系統(tǒng) IPC（進(jìn)程間通信） 的最古老形式，所有的 UNIX 系統(tǒng)都支持這種通信機(jī)制。

無(wú)名管道的特點(diǎn)

1、半雙工，數(shù)據(jù)在同一時(shí)刻只能在一個(gè)方向上流動(dòng)。

2、數(shù)據(jù)只能從管道的一端寫入，從另一端讀出。

3、寫入管道中的數(shù)據(jù)遵循先入先出的規(guī)則。

4、管道所傳送的數(shù)據(jù)是無(wú)格式的，這要求管道的讀出方與寫入方必須事先約定好數(shù)據(jù)的格式，如多少字節(jié)算一個(gè)消息等。

5、管道不是普通的文件，不屬于某個(gè)文件系統(tǒng)，其只存在于內(nèi)存中。

6、管道在內(nèi)存中對(duì)應(yīng)一個(gè)緩沖區(qū)。不同的系統(tǒng)其大小不一定相同。

7、從管道讀數(shù)據(jù)是一次性操作，數(shù)據(jù)一旦被讀走，它就從管道中被拋棄，釋放空間以便寫更多的數(shù)據(jù)。

8、管道沒有名字，只能在具有公共祖先的進(jìn)程（父進(jìn)程與子進(jìn)程，或者兩個(gè)兄弟進(jìn)程，具有親緣關(guān)系）之間使用。

對(duì)于無(wú)名管道特點(diǎn)的理解，我們可以類比現(xiàn)實(shí)生活中管子，管子的一端塞東西，管子的另一端取東西。

無(wú)名管道是一種特殊類型的文件，在應(yīng)用層體現(xiàn)為兩個(gè)打開的文件描述符。

02. 管道創(chuàng)建函數(shù)

#include <unistd.h>int pipe(int pipefd[2]); 功能：創(chuàng)建無(wú)名管道。參數(shù)：pipefd : 為 int 型數(shù)組的首地址，其存放了管道的文件描述符 pipefd[0]、pipefd[1]。當(dāng)一個(gè)管道建立時(shí)，它會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)文件描述符 fd[0] 和 fd[1]。其中 fd[0] 固定用于讀管道，而 fd[1] 固定用于寫管道。一般文件 I / O 的函數(shù)都可以用來(lái)操作管道(lseek() 除外)。返回值：成功：0失敗：-1

下面我們寫這個(gè)一個(gè)例子，子進(jìn)程通過無(wú)名管道給父進(jìn)程傳遞字符串?dāng)?shù)據(jù)

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h>#define SIZE 64int main(void) {int fd[2];int i = 0;pid_t pid = -1;char buf[SIZE];//創(chuàng)建一個(gè)無(wú)名管道 用在具有共同祖先的進(jìn)程if (pipe(fd) == -1){perror("pipe"); goto err0;}printf("fd[0]: %d fd[1]: %d\n", fd[0], fd[1]);//創(chuàng)建子進(jìn)程pid = fork();if (-1 == pid){perror("fork"); goto err1;}else if (0 == pid){while(1){//子進(jìn)程 寫管道memset(buf, 0, SIZE); sprintf(buf, "hello uplooking %d", i++);write(fd[1], buf, strlen(buf));sleep(1);if (i >= 10)break;}//關(guān)閉描述符close(fd[0]);close(fd[1]);exit(0);}else{//父進(jìn)程 讀管道while(1){memset(buf, 0, SIZE); if (read(fd[0], buf, SIZE) <= 0)break;printf("\033[31mbuf: %s\033[0m\n", buf); }//關(guān)閉描述符close(fd[0]);close(fd[1]);}return 0; err1:close(fd[0]);close(fd[1]); err0:return 1; }

測(cè)試結(jié)果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2/4sys/4th/code$ gcc 17pipe.c deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2/4sys/4th/code$ ./a.out fd[0]: 3 fd[1]: 4 buf: hello uplooking 0 buf: hello uplooking 1 buf: hello uplooking 2 buf: hello uplooking 3 buf: hello uplooking 4 buf: hello uplooking 5 buf: hello uplooking 6

03. 管道的特性

每個(gè)管道只有一個(gè)頁(yè)面作為緩沖區(qū)，該頁(yè)面是按照環(huán)形緩沖區(qū)的方式來(lái)使用的。這種訪問方式是典型的“生產(chǎn)者——消費(fèi)者”模型。當(dāng)“生產(chǎn)者”進(jìn)程有大量的數(shù)據(jù)需要寫時(shí)，而且每當(dāng)寫滿一個(gè)頁(yè)面就需要進(jìn)行睡眠等待，等待“消費(fèi)者”從管道中讀走一些數(shù)據(jù)，為其騰出一些空間。相應(yīng)的，如果管道中沒有可讀數(shù)據(jù)，“消費(fèi)者” 進(jìn)程就要睡眠等待，具體過程如下圖所示：

默認(rèn)的情況下，從管道中讀寫數(shù)據(jù)，最主要的特點(diǎn)就是阻塞問題（這一特點(diǎn)應(yīng)該記住），當(dāng)管道里沒有數(shù)據(jù)，另一個(gè)進(jìn)程默認(rèn)用 read() 函數(shù)從管道中讀數(shù)據(jù)是阻塞的。

測(cè)試代碼:

#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 ){// 創(chuàng)建無(wú)名管道perror("pipe");}pid = fork(); // 創(chuàng)建進(jìn)程if( pid < 0 ){ // 出錯(cuò)perror("fork");exit(-1);}if( pid == 0 ){ // 子進(jìn)程_exit(0);}else if( pid > 0){// 父進(jìn)程wait(NULL); // 等待子進(jìn)程結(jié)束，回收其資源char str[50] = {0};printf("before read\n");// 從管道里讀數(shù)據(jù)，如果管道沒有數(shù)據(jù)， read()會(huì)阻塞read(fd_pipe[0], str, sizeof(str));printf("after read\n");printf("str=[%s]\n", str); // 打印數(shù)據(jù)}return 0; }

測(cè)試結(jié)果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out before read

04. 管道設(shè)置非阻塞

當(dāng)然，我們編程時(shí)可通過 fcntl() 函數(shù)設(shè)置文件的阻塞特性。

設(shè)置為阻塞：fcntl(fd, F_SETFL, 0); 設(shè)置為非阻塞：fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);

測(cè)試代碼:

#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 ){// 創(chuàng)建無(wú)名管道perror("pipe");}pid = fork(); // 創(chuàng)建進(jìn)程if( pid < 0 ){ // 出錯(cuò)perror("fork");exit(-1);}if( pid == 0 ){ // 子進(jìn)程sleep(3);char buf[] = "hello, tom";write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf)); // 寫數(shù)據(jù)_exit(0);}else if( pid > 0){// 父進(jìn)程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) );//讀數(shù)據(jù)printf("str=[%s]\n", str);sleep(1);}}return 0; }

測(cè)試結(jié)果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out str=[] str=[] str=[] str=[hello, tom] str=[] str=[] str=[] str=[] str=[]

默認(rèn)的情況下，從管道中讀寫數(shù)據(jù)，還有如下特性：

1）調(diào)用 write() 函數(shù)向管道里寫數(shù)據(jù)，當(dāng)緩沖區(qū)已滿時(shí) write() 也會(huì)阻塞。

測(cè)試代碼如下:

#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(nèi)容int i = 0;if( pipe(fd_pipe) < 0 ){// 創(chuàng)建無(wú)名管道perror("pipe");}pid = fork(); // 創(chuàng)建進(jìn)程if( pid < 0 ){ // 出錯(cuò)perror("fork");exit(-1);}if( pid == 0 ){ // 子進(jìn)程while(1){write(fd_pipe[1], buf, sizeof(buf));i++;printf("i ======== %d\n", i);}_exit(0);}else if( pid > 0){// 父進(jìn)程wait(NULL); // 等待子進(jìn)程結(jié)束，回收其資源}return 0; }

測(cè)試結(jié)果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out i ======== 1 i ======== 2 i ======== 3 i ======== 4 i ======== 5 i ======== 6 i ======== 7 i ======== 8 i ======== 9 i ======== 10 i ======== 11 i ======== 12 i ======== 13 i ======== 14 i ======== 15 i ======== 16 i ======== 17 i ======== 18 i ======== 19 i ======== 20 i ======== 21 i ======== 22 i ======== 23 i ======== 24 i ======== 25 i ======== 26 i ======== 27 i ======== 28 i ======== 29 i ======== 30 i ======== 31 i ======== 32 i ======== 33 i ======== 34 i ======== 35 i ======== 36 i ======== 37 i ======== 38 i ======== 39 i ======== 40 i ======== 41 i ======== 42 i ======== 43 i ======== 44 i ======== 45 i ======== 46 i ======== 47 i ======== 48 i ======== 49 i ======== 50 i ======== 51 i ======== 52 i ======== 53 i ======== 54 i ======== 55 i ======== 56 i ======== 57 i ======== 58 i ======== 59 i ======== 60 i ======== 61 i ======== 62 i ======== 63 i ======== 64

到了64沒有打印，說(shuō)明管道的緩沖區(qū)大小是64K

2）通信過程中，別的進(jìn)程先結(jié)束后，當(dāng)前進(jìn)程讀端口關(guān)閉后，向管道內(nèi)寫數(shù)據(jù)時(shí)，write() 所在進(jìn)程會(huì)（收到 SIGPIPE 信號(hào)）退出，收到 SIGPIPE 默認(rèn)動(dòng)作為中斷當(dāng)前進(jìn)程。

測(cè)試代碼:

#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 ){// 創(chuàng)建無(wú)名管道perror("pipe");}pid = fork(); // 創(chuàng)建進(jìn)程if( pid < 0 ){ // 出錯(cuò)perror("fork");exit(-1);}if( pid == 0 ){ // 子進(jìn)程//close(fd_pipe[0]);_exit(0);}else if( pid > 0 ){// 父進(jìn)程wait(NULL); // 等待子進(jìn)程結(jié)束，回收其資源close(fd_pipe[0]); // 當(dāng)前進(jìn)程讀端口關(guān)閉char buf[50] = "12345";// 當(dāng)前進(jìn)程讀端口關(guān)閉// write()會(huì)收到 SIGPIPE 信號(hào)，默認(rèn)動(dòng)作為中斷當(dāng)前進(jìn)程write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf));while(1); // 阻塞}return 0; }

測(cè)試結(jié)果:

deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$

程序直接中斷退出，沒有任何結(jié)果。

05. 附錄

5.1 參考博客：【Linux系統(tǒng)編程】進(jìn)程間通信–無(wú)名管道（pipe）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【Linux系统编程】进程间通信之无名管道的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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