进程通信类型 管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一

管道

Linux环境进程间通信（一）

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part1/index.html

管道及有名管道

郑彦兴
2002 年 12 月 11 日发布

1、 管道概述及相关API应用

1.1 管道相关的关键概念

管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特点：

• 管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道；
• 只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）；
• 单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。
• 数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

1.2管道的创建：

1 2	#include <unistd.h> int pipe(int fd[2])

该函数创建的管道的两端处于一个进程中间，在实际应用中没有太大意义，因此，一个进程在由pipe()创建管道后，一般再fork一个子进程，然后通过管道实现父子进程间的通信（因此也不难推出，只要两个进程中存在亲缘关系，这里的亲缘关系指的是具有共同的祖先，都可以采用管道方式来进行通信）。

1.3管道的读写规则：

管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字fd[0]表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1]来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。

从管道中读取数据：

• 如果管道的写端不存在，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，不同的内核版本可能会有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少为512字节，red hat 7.2中为4096）。

关于管道的读规则验证：

/**************
 * readtest.c *
 **************/
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
main()
{
    int pipe_fd[2];
    pid_t pid;
    char r_buf[100];
    char w_buf[4];
    char* p_wbuf;
    int r_num;
    int cmd;

    memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
    memset(w_buf,0,sizeof(r_buf));
    p_wbuf=w_buf;
    if(pipe(pipe_fd)<0)
    {
        printf("pipe create error\n");
        return -1;
    }

    if((pid=fork())==0)
    {
        printf("\n");
        close(pipe_fd[1]);
        sleep(3);//确保父进程关闭写端
        r_num=read(pipe_fd[0],r_buf,100);
printf( "read num is %d   the data read from the pipe is %d\n",r_num,atoi(r_buf));

        close(pipe_fd[0]);
        exit();
    }
    else if(pid>0)
    {
    close(pipe_fd[0]);//read
    strcpy(w_buf,"111");
    if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)!=-1)
        printf("parent write over\n");
    close(pipe_fd[1]);//write
        printf("parent close fd[1] over\n");
    sleep(10);
    }
}
 /**************************************************
 * 程序输出结果：
 * parent write over
 * parent close fd[1] over
 * read num is 4   the data read from the pipe is 111
 * 附加结论：
 * 管道写端关闭后，写入的数据将一直存在，直到读出为止.
 ****************************************************/

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。 
  注：只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。否则，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）。

对管道的写规则的验证1：写端对读端存在的依赖性

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
main()
{
    int pipe_fd[2];
    pid_t pid;
    char r_buf[4];
    char* w_buf;
    int writenum;
    int cmd;

    memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
    if(pipe(pipe_fd)<0)
    {
        printf("pipe create error\n");
        return -1;
    }

    if((pid=fork())==0)
    {
        close(pipe_fd[0]);
        close(pipe_fd[1]);
        sleep(10);
        exit();
    }
    else if(pid>0)
    {
    sleep(1);  //等待子进程完成关闭读端的操作
    close(pipe_fd[0]);//write
    w_buf="111";
    if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4))==-1)
        printf("write to pipe error\n");
    else
        printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum);

    close(pipe_fd[1]);
    }
}

　　

则输出结果为： Broken pipe,原因就是该管道以及它的所有fork()产物的读端都已经被关闭。如果在父进程中保留读端，即在写完pipe后，再关闭父进程的读端，也会正常写入pipe，读者可自己验证一下该结论。因此，在向管道写入数据时，至少应该存在某一个进程，其中管道读端没有被关闭，否则就会出现上述错误（管道断裂,进程收到了SIGPIPE信号，默认动作是进程终止）

对管道的写规则的验证2：linux不保证写管道的原子性验证