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进程间通信管道

article 2024/11/17 23:28:15

在Linux中，管道是一种通信机制，用于将一个程序的输出直接连接到另一个程序的输入。从本质上说，管道也是一种文件，但它又和一般的文件有所不同，它可以克服使用文件进行通信的两个问题，具体表现为限制管道的大小和读取进程可能工作得比写进程快。管道的思想是在内存中创建一个共享文件，从而使通信双方利用这个共享文件来传递信息。由于这种方式具有单向传递数据的特点，所以这个作为传递消息的共享文件就叫做“管道”。在管道的具体实现中，根据通信所使用的的文件是否具有名称，有“匿名管道”和“命名管道”。

匿名管道是一种具有亲缘关系的进程间的通信机制，它由创建它的进程及其子孙进程使用。匿名管道由pipe函数创建并打开。

命名管道克服了匿名管道只能在具有亲缘关系进程间通信的缺点，使不具有亲缘关系的进程间也能通过命名管道进行通信。命名管道由mkfifo函数创建。命名管道在文件系统中有对应的文件名。命名管道通过打开该文件名来打开管道，从而实现与其他进程的通信。

管道是连接两个进程的连接器（特殊文件）

匿名管道

当一个管道建立后，将获得两个文件描述符，分别用于对管道读取和写入，通常将其称为管道的读端和写端。

所用到的函数：

#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);

参数说明：

pip数组：存放两个文件描述符。

pipefd[0]：存放管道读端文件描述符。
pipefd[1]：存放管道写端文件描述符。

返回值：

调用成功，返回0。
调用失败，返回-。

管道的读写操作

读规则

关闭管道的写端

close(fd[1]);

从管道读端fd[0]读出size个字符放到buf中

read(fd[0], buf, size);

读完关闭管道的读端

close(fd[0]);

写规则

关闭管道的读端

close(fd[0]);

把buf中的长度为size的字符送到写端fd[1]

write(fd[1], buf, size);

写完关闭管道的写端

close(fd[1]);

例子：在父进程向管道内写入"Hello World\n"，之后在子进程中读取内容。

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

int main()
{
    int fd[2];
    int ret = pipe(fd);
    char buf[100] = "Hello Wrold\n";
    if(ret == -1) {
        perror("pipe error");
        exit(1);
    }
    pid_t pd = fork();
    if(pd > 0) {
        // 关闭读端
        close(fd[0]);
        // 用写端，写入内容
        write(fd[1], buf, sizeof(buf));
        close(fd[1]);
        wait(NULL);
    } else if(pd == 0) {
        // 关闭写端
        close(fd[1]);
        // 从读端读取内容
        read(fd[0], buf, sizeof(buf));
        close(fd[0]);
        write(STDOUT_FILENO, buf, sizeof(buf));
        close(fd[0]);
    }
}

命名管道

命名管道与匿名管道的区别：

匿名管道位于内存，只能用于有亲缘关系的进程通信
命名管道位于文件系统中，可以实现不同进程之间的通信
命名管道是一种双向通信管道，可以移动读/写模式打开

所用到的函数：

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

参数说明：

pathname：创建的FIFO文件名
mode：规定FIFO文件的读写权限

返回值：

成功时，返回0
失败时，返回-1

创建一个叫np的命名管道

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    if(mkfifo("np", 0644) < 0) {
        perror("Error!");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

向管道写入内容：

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <unistd.h>  
  
int main() {  
    pid_t fd;  
    // 指定文件的完整路径，如果文件不存在，将会创建  
    if ((fd = open("np", O_WRONLY | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR)) < 0) {  
        perror("error");  
        exit(-1);  
    }  
    printf("%d\n", fd);  
    char buf[]  = "Hello World\n";  
    write(fd, buf, sizeof(buf));  
    close(fd);  
    printf("write success\n");  
    return 0;  
}

读出内容：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
    pid_t fd;
    char buf[100];
    if( (fd = open("np", O_RDONLY)) < 0) {
        perror("Error\n");
        exit(-1);
    }
    while( (read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0) {
        write(STDOUT_FILENO, buf, sizeof(buf));
    }
    return 0;
}