UNIX网络编程卷2进程间通信读书笔记（二）—管道 （1）

一．管道

       管道的名称很形象，它就像是一个水管，我们从一端到水然后水从令一端流出。不同的是这里说的管道的两边都是进程。从一端往管道里写数据，其它进程可以从管道的另一端的把数据读出，从而实现了进程间通信的功能。

       管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特点：

       1．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；

       2．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：管道是半双工的，数据只能在一个方向上流动。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。

1.1管道的创建

       管道是由调用pipe函数而创建的。

1．

Linux用函数pipe来创建管道，经由参数filedes返回两个文件描述符：filedes[0]为读而打开，filedes[1]为写而打开。filedes[1]的输出是filedes[0]的输入。

/*14_1.c*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
 
int main()
{
int n;
int fd[2];
pid_t pid;
char line[1024];
 
if(pipe(fd)<0) /*建立管道*/
    perror(“pipe error”);
if((pid=fork())<0) /*创建子进程*/
    perror(“fork error”);
else if(pid==0) /*如果是子进父程*/
{
    close(fd[0]); /*关闭读描述符*/
    write(fd[1],”I’m child,hello father!”,23);/*往管道里写数据*/
}
else  /*如果是父进程*/
{
    close(fd[1]); /*关闭写描述符*/
    wait(); /*等待子进程结束*/
    n=read(fd[0],line,1024); /*从管道里读数据，读到缓冲数组中*/
    write(STDOUT_FILENO,line,n); /*把缓冲区的数据写道屏幕上*/
}
exit(0);
}

 注意，默认情况下，read函数回阻塞到有数据可读为止。

程序先创建一个管道，而后创建一个子进程。让父进程向管道里写数据，让子进程从管道读数据，程序在写个读之前都把不用的描述符关掉。这要做的好处是提高了安全性，因为如果父子进程同时往管道里写将发生错误。程序的运行结果是 I’m father, hello child!

1.2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）。

       向管道中写入数据：向管道中写入数据时，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）。

1.3管道的局限性

管道的主要局限性正体现在它的特点上：

只支持单向数据流；

只能用于具有亲缘关系的进程之间；

没有名字；

管道的缓冲区是有限的（管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）；

管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息（或命令、或记录）等等；

1.4管道的其它操作函数

poen pclose创建和关闭无名管道

Linux下标准I/O函数库提供了poen函数，它创建了一个管道并启动另外一个进程，该进程或者从管道读出标准输入，或者从管道写入标准输出。

其中command是一个shell命令行，它是由shell程序处理的，poen在调用进程和所指定的命令之间创建一个管道，由open返回的值是一个标准I/O FILE指针，该指针或者用于输入，或者用于输出，具体取决于字符串type，如果type为r，那么调用进程读取command的标准输出。如果type为w，那么调用进程写到command的标准输入。pclose函数关闭由poen创建的标准I/O流stream，等待其中的命令终止，然后返回shell的终止状态。

这两个函数执行过程是：先创建一个管道，调用fork产生一个子进程，然后关闭管道的不使用端，执行一个shell以运行命令，然后等待命令终止。

函数popen先执行fork,然后调用exec以执行cmdstring，并且返回一个标准I/O文件指针。如果type是“r”,则文件指针连接到cmdstring的标准输出。如果type是”w”,则文件指针连接到cmdstring的标准输入。