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Linux进程间的通信（二）管道通信及其实际应用（主要是实际编程应用，底层涉及不太多，想了解底层参考《UNIX环境高级编程》）

article 2024/11/18 19:50:58

目录

简单介绍一下管道的概念及其特性

命名管道

命名管道例程

匿名管道

 匿名管道例程

 Linux管道通信实战演示

1、利用管道建立聊天室，实现两个用户间的发送和接受消息

 2、利用管道进行文件的传输

简单介绍一下管道的概念及其特性

管道是一种进程间通信（IPC）机制，它允许一个进程将数据传递给另一个进程。管道文件可以看作是一个临时的、基于内存的数据通道，数据在其中以先进先出（FIFO）的方式流动。

例如，假设有两个程序 A 和 B，程序 A 产生一些数据，而程序 B 需要使用这些数据。通过创建一个管道，程序 A 可以将数据写入管道，而程序 B 可以从管道中读取这些数据，从而实现了两个程序之间的数据传递。

如果read读取完管道里的数据，管道为空，就会读阻塞

如果write写入的数据大于管道的容量，管道容量满了，就会写阻塞

如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了，而仍然有进程从管道的读端读数据,那么管道中剩余的数据都被读取后,再次read会返回0，就像读到文件末尾一样

如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了，这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。

参考文献：Linux 的进程间通信：管道 - 知乎 (zhihu.com)

参考文献：linux之《管道》_管道文件-CSDN博客

命名管道

命名管道是真实存在在磁盘中的！

命名管道文件的创建

Linux命令行创建管道文件
mkfifo  <pipename>

函数原型：

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

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

pathname：要创建的管道文件名字。
mode：用来规定FIFO的读写权限。

命名管道例程

创建一个命名管道实现两个进程间的通信：

write.c

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

int main()
{
    // 1.打开管道文件
    int fd = open("/home/loading/pipetest", O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("打开管道失败\n");
        return -1;
    }

    // 2.写入数据到管道中
    while (1)
    {
        printf("请输入写入管道的数据\n");
        char buf[1024] = {0};
        scanf("%s", buf);

        write(fd, buf, strlen(buf));
    }
}

read.c

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

int main()
{
    // 1.打开管道文件
    int fd = open("/home/loading/pipetest", O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("打开管道失败\n");
        return -1;
    }

    // 2.读取管道数据
    while (1)
    {
        char buf[1024] = {0};
        read(fd, buf, 1024);
        printf("读取到的管道数据 %s\n", buf);
    }
}

 在运行前需要现在open的路径下mkfifo一个pipe文件，我这里的路径是/home/loading/，根据实际创建

运行时需要打开两个Linux终端，好验证进程间的通信。

匿名管道

没有文件名，在内存中以特殊的文件描述符对的形式存在。

当一个进程调用 pipe 系统调用时，内核会创建一个匿名管道，并返回两个文件描述符，一个用于读操作，一个用于写操作。

通常在父进程中创建管道后，再通过 fork 创建子进程。此时，子进程会继承父进程的文件描述符表，从而父子进程都可以访问这个管道。

匿名管道本身并不占用磁盘或者其他外部存储的空间，在Linux的实现上，它占用的是内存空间。所以，Linux上的匿名管道就是一个操作方式为文件的内存缓冲区。

函数原型
#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);

pipefd[0]:管道数据读取端，读取时必须关闭写入端，即close(pipefd[1])
pipefd[1]:管道数据写入端，写入时必须关闭读取端，即close(pipefd[0])

返回值:成功   0  
失败   -1

由于基于fork机制，所以匿名管道只能用于父进程和子进程之间，或者拥有相同祖先的两个子进程之间 (有亲缘关系的进程之间)！

参考文献：Linux进程间通信之管道(pipe)、命名管道(FIFO)与信号(Signal) - as_ - 博客园 (cnblogs.com)

 匿名管道例程
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
    // 1.创建一个匿名管道
    int pipefd[2] = {0};
    int ret = pipe(pipefd);
    if (ret < 0)
    {
        perror("创建匿名管道失败\n");
        return -1;
    }

    // 2.创建父子进程
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) // 子进程
    {
        while (1) // 子进程写入管道
        {
            char buf[1024] = {0};
            printf("请输入想要写入管道的数据\n");
            scanf("%s", buf);
            write(pipefd[1], buf, strlen(buf));
            usleep(50000);	//延时半秒
        }
    }

    if (pid > 0) // 父进程
    {
        while (1) // 父进程读管道
        {
            char buf[1024] = {0};
            read(pipefd[0], buf, 1024);
            printf("读取到的管道数据 %s\n", buf);
        }
    }
}
 Linux管道通信实战演示
1、利用管道建立聊天室，实现两个用户间的发送和接受消息

      原理：需要建立两个命名管道实现收发

client1.c

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

int main()
{
    // 1.打开一个管道文件
    int fd1 = open("/home/loading/pipe1", O_RDWR);
    int fd2 = open("/home/loading/pipe2", O_RDWR);

    if (fd1 < 0)
    {
        perror("打开管道失败\n");
        return -1;
    }

    if (fd2 < 0)
    {
        perror("打开管道失败\n");
        return -1;
    }

    pid_t pid1 = fork();

    // 写数据
    if (pid1 == 0)
    {
        while (1)
        {
            char buf1[1024] = {0};
            printf("请输入要发送的数据\n");
            scanf("%s", buf1);
            // lseek(fd,0,SEEK_SET);
            write(fd2, buf1, strlen(buf1));
        }
    }

    // 读数据
    if (pid1 > 0)
    {
        while (1)
        {
            char buf[1024] = {0};
            // lseek(fd,0,SEEK_SET);无论命名还是匿名管道，它的文件描述都没有偏移量的概念，所以不能用lseek进行偏移量调整
            read(fd1, buf, 1024); // 管道没有数据，则会阻塞等待
            printf("管道1读取数据 %s\n", buf);
        }
    }
}

 client2.c

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

int main()
{
    // 1.打开一个管道文件
    int fd1 = open("/home/loading/pipe1", O_RDWR);
    // 1.打开一个管道文件
    int fd2 = open("/home/loading/pipe2", O_RDWR);

    if (fd1 < 0)
    {
        perror("打开管道失败\n");
        return -1;
    }

    if (fd2 < 0)
    {
        perror("打开管道失败\n");
        return -1;
    }

    pid_t pid =fork();
    
    //写数据
    if(pid==0)
    {
        while (1)
        {
            printf("请输入要发送的数据\n");
            char buf[1024]={0};
            scanf("%s", buf);
            // lseek(fd,0,SEEK_SET);
            write(fd1, buf, strlen(buf));
        }
    }
    
    //读数据
    if(pid>0)
    {
        while (1)
        {
             char buf1[1024]={0};
            // lseek(fd1,0,SEEK_SET);
            read(fd2, buf1, 1024);// 管道没有数据，则会阻塞等待
            printf("管道2读取数据 %s\n", buf1);
        }
    }

}
 2、利用管道进行文件的传输

 send.c

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

// 获取文件的大小
int get_file_size(char *file)
{
    // 1.打开文件
    int fd = open(file, O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("");
        return -1;
    }

    // 2.偏移光标到文件末尾
    int file_size = lseek(fd, 0, SEEK_END);

    close(fd);

    return file_size;
}

// 发送进程
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        printf("请输入需要发送的文件名\n");
        return 0;
    }

    // 1.打开发送的文件
    int fd = open(argv[1], O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("");
        return -1;
    }

    // 2.打开管道文件
    int pipe_fd = open("/home/loading/pipe", O_RDWR);
    if (pipe_fd < 0)
    {
        perror("");
        return -1;
    }

    // 3.发送文件大小给接收端
    int file_size = get_file_size(argv[1]);
    char head[1024] = {0};
    sprintf(head, "%d", file_size);
    write(pipe_fd, head, strlen(head));

    // 休眠等待客户端应答
    sleep(2);
    char ack[50] = {0};
    read(pipe_fd, ack, 50);
    if (strcmp(ack, "no") == 0)
    {
        printf("客户端拒绝接收\n");
        return -1;
    }

    while (1)
    {
        char buf[1024 * 10] = {0};
        // 读取文件的数据
        int size = read(fd, buf, 1024 * 10);
        if (size <= 0)
        {
            break;
        }
        // 写入到管道文件中
        write(pipe_fd, buf, size); // 读取到多少就写入多少
    }

    printf("发送完毕\n");
    close(fd);
    close(pipe_fd);
}

 recv.c

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

// 接收进程
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        printf("请输入需要接收的文件名\n");
        return 0;
    }

    // 1.打开发送的文件
    int fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0777);
    if (fd < 0)
    {
        perror("");
        return -1;
    }

    // 2.打开管道文件
    int pipe_fd = open("/home/loading/pipe", O_RDWR);
    if (pipe_fd < 0)
    {
        perror("");
        return -1;
    }

    // 3.接收文件的大小
    char head[1024] = {0};
    read(pipe_fd, head, 1024);

    int filesize = atoi(head);
    printf("客户端发送文件,大小为%d,1.yes or 2.no\n", filesize);
    int n = 0;
    scanf("%d", &n);
    if (n == 1)
    {
        write(pipe_fd, "yes", 3);
    }
    else
    {
        write(pipe_fd, "no", 2);
        return -1; // 退出接收
    }

    // 休眠等待
    sleep(1);

    int down_size = 0; // 下载大小

    while (1)
    {
        char buf[1024 * 10] = {0};
        // 读取管道数据
        int size = read(pipe_fd, buf, 1024 * 10);
        if (size <= 0)
        {
            break;
        }
        // 写入到本地文件中
        write(fd, buf, size); // 读取到多少就写入多少

        down_size += size;
        printf("当前接收文件的大小:%d ,进度%.2f %%\r", down_size, (float)down_size * 100 / filesize);
        if (down_size >= filesize)
        {
            printf("接收完毕\n");
            break;
        }
    }

    printf("接收完毕\n");
    close(fd);
    close(pipe_fd);
}

http://www.kler.cn/a/282228.html

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