[OS] 进程间通信--管道

管道是单向的、先进先出的、无结构的、固定大小的字节流，它把一个进程的标准输出和另一个进程的标准输入连接在一起。写进程在管道的尾端写入数据，读进程在管道的首端读出数据。数据读出后将从管道中移走，其它读进程都不能再读到这些数据。管道提供了简单的流控制机制。进程试图读空管道时，在数据写入管道前，进程将一直阻塞。同样，管道已经满时，进程再试图写管道，在其它进程从管道中移走数据之前，写进程将一直处于阻塞状态。
管道主要用于不同进程间通信。

下面介绍管道的使用方法：

管道创建：

 #include <unistd.h>
 int pipe(int fd[]);

它接收一个参数，也就是包括两个整数的数组。如果系统调用成功，此数组将包括管道使用的两个文件描述符。创建一个管道之后，一般情况下进程将产生一个新的进程。
系统调用：pipe()；
原型：int pipe(int fd[2]);
返回值：成功返回0，失败返回-1。

fd[1]写，fd[0]读。

如下图所示，管道是在内核空间的内存中创建的。

单个进程的管道几乎没有任何用处，通常，调用pipe的进程接着调用fork，这样就创建了父子进程间的管道。

 #include <unistd.h>
 #include<stdio.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<sys/wait.h>

 int main()
 {
     int fd[];
     char buf[];
     pid_t pid;
     pipe(fd);
     pid = fork();
     if(pid>)
     {//父进程
         printf("Father thread\n");
         char s[]="Hello\n";
         write(fd[],s,sizeof(s));
         close(fd[]);
         close(fd[]);
     }
     else if(pid==)
     {
         printf("Child Thread\n");
         read(fd[],buf,sizeof(buf));
         printf("%s\n",buf);
         close(fd[]);
         close(fd[]);
     }
     waitpid(pid,NULL,);//等待子进程结束
     return ;
 }

运行结果：

Father thread
Child Thread
Hello

当管道的一端关闭时：
当读一个写端关闭的管道时，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0;
当写一个读端关闭的管道时，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号，应用程序可以处理该信号，也可以忽略（默认动作则是应用程序终止）。

从管道中读取数据：
当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）;或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。注：PIPE_BUF在include/linux/limits.h中定义。

向管道中写入数据：
向管道中写入数据时，linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将一直阻塞。

管道因为没有名字所以只能用于具有亲缘关系的进程，而命名管道（FIFO）则克服了这个限制。

命名管道和一般的管道基本相同，但也有一些显著的不同：
·命名管道是在文件系统中作为一个特殊的设备文件而存在的。
·不同祖先的进程之间可以通过管道共享数据。
·当共享管道的进程执行完所有的I/O操作以后，命名管道将继续保存在文件系统中以便以后使用。
·通过FIFO，不相关的进程也可以交换数据。

下面是命名管道的使用方法：

命名管道创建：

 #include <sys/types.h>
 #include<sys/stat.h>
 Int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode);

返回：成功返回0，出错返回-1。
注：一旦已经用mkfifo创建一个FIFO，就可以用open打开。一般的文件I/O函数close, read , write等都可以用于FIFO。