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Linux系统管道和有名管道的通信机制解析
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2017-11-07
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Linux 进程间通信的几种主要手段。其中管道和有名管道是最早的进程间通信机制之一，管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。 认清管道和有名管道的读写规则是在程序中应用它们的关键，本文在详细讨论了管道和有名管道的通信机制的基础上，用实例对其读写规则进行了程序验证，这样做有利于增强读者对读写规则的感性认识，同时也提供了应用范例。
管道概述及相关API应用
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。
管道的创建：
#include 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）。
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
#include
#include
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 errorn”）;
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 %dn”，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 overn”）;
close（pipe_fd［1］）;//write
printf（“parent close fd［1］ overn”）;
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。
管道概述及相关API应用
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。
管道的创建：
#include 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）。
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
#include
#include
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 errorn”）;
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 %dn”，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 overn”）;
close（pipe_fd［1］）;//write
printf（“parent close fd［1］ overn”）;
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。
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