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LLinux系统编程(10)——进程间通信之管道

发布2014-07-25浏览2079次

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管道是Linux中很重要的一种通信方式,是把一个程序的输出直接连接到另一个程序的输入,常说的管道多是指无名管道,无名管道只能用于具有亲缘关系的进程之间,这是它与有名管道的最大区别。有名管道叫named pipe或者FIFO(先进先出)。

 

管道具有以下特点:

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);

3、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。

4、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。

 

注意:从管道读数据是一次性操作,数据一旦被读,它就从管道中被抛弃,释放空间以便写更多的数据。

 

管道的创建:

  1. #include <unistd.h>
  2. 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)。

管道写端关闭后,写入的数据将一直存在,直到读出为止。

下面的代码说明管道的读取规则:

 

  1. #include <unistd.h>
  2. #include <sys/types.h>
  3. #include <errno.h>
  4. main()
  5. {
  6. intpipe_fd[2];
  7. pid_tpid;
  8. charr_buf[100];
  9. charw_buf[4];
  10. char*p_wbuf;
  11. intr_num;
  12. intcmd;
  13. memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
  14. memset(w_buf,0,sizeof(r_buf));
  15. p_wbuf=w_buf;
  16. if(pipe(pipe_fd)<0)
  17. {
  18. printf("pipecreate error\n");
  19. return-1;
  20. }
  21. if((pid=fork())==0)
  22. {
  23. printf("\n");
  24. close(pipe_fd[1]);
  25. sleep(3);//确保父进程关闭写端
  26. r_num=read(pipe_fd[0],r_buf,100);
  27. printf( "readnum is %d the data read from the pipeis %d\n",r_num,atoi(r_buf));
  28. close(pipe_fd[0]);
  29. exit();
  30. }
  31. elseif(pid>0)
  32. {
  33. close(pipe_fd[0]);//read
  34. strcpy(w_buf,"111");
  35. if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)!=-1)
  36. printf("parentwrite over\n");
  37. close(pipe_fd[1]);//write
  38. printf("parentclose fd[1] over\n");
  39. sleep(10);
  40. }
  41. }


 

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)。

 

下面的代码说明管道的写规则:

  1. #include <unistd.h>
  2. #include <sys/types.h>
  3. main()
  4. {
  5. intpipe_fd[2];
  6. pid_tpid;
  7. charr_buf[4];
  8. char*w_buf;
  9. intwritenum;
  10. intcmd;
  11. memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
  12. if(pipe(pipe_fd)<0)
  13. {
  14. printf("pipecreate error\n");
  15. return-1;
  16. }
  17. if((pid=fork())==0)
  18. {
  19. close(pipe_fd[0]);
  20. close(pipe_fd[1]);
  21. sleep(10);
  22. exit();
  23. }
  24. elseif(pid>0)
  25. {
  26. sleep(1); //等待子进程完成关闭读端的操作
  27. close(pipe_fd[0]);//write
  28. w_buf="111";
  29. if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4))==-1)
  30. printf("writeto pipe error\n");
  31. else
  32. printf("thebytes write to pipe is %d \n", writenum);
  33. close(pipe_fd[1]);
  34. }
  35. }


 

 

下面的代码演示了无名管道用于具有亲缘关系的进程间通信。

 

  1. #include <unistd.h>
  2. #include <sys/types.h>
  3. main()
  4. {
  5. intpipe_fd[2];
  6. pid_tpid;
  7. charr_buf[4];
  8. char**w_buf[256];
  9. intchildexit=0;
  10. inti;
  11. intcmd;
  12. memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
  13. if(pipe(pipe_fd)<0)
  14. {
  15. printf("pipecreate error\n");
  16. return-1;
  17. }
  18. if((pid=fork())==0)
  19. //子进程:解析从管道中获取的命令,并作相应的处理
  20. {
  21. printf("\n");
  22. close(pipe_fd[1]);
  23. sleep(2);
  24. while(!childexit)
  25. {
  26. read(pipe_fd[0],r_buf,4);
  27. cmd=atoi(r_buf);
  28. if(cmd==0)
  29. {
  30. printf("child: receive command fromparent over\n now child process exit\n");
  31. childexit=1;
  32. }
  33. else if(handle_cmd(cmd)!=0)
  34. return;
  35. sleep(1);
  36. }
  37. close(pipe_fd[0]);
  38. exit();
  39. }
  40. elseif(pid>0)
  41. //parent:send commands to child
  42. {
  43. close(pipe_fd[0]);
  44. w_buf[0]="003";
  45. w_buf[1]="005";
  46. w_buf[2]="777";
  47. w_buf[3]="000";
  48. for(i=0;i<4;i++)
  49. write(pipe_fd[1],w_buf[i],4);
  50. close(pipe_fd[1]);
  51. }
  52. }
  53. //下面是子进程的命令处理函数(特定于应用):
  54. int handle_cmd(int cmd)
  55. {
  56. if((cmd<0)||(cmd>256))
  57. //suppose child only support 256 commands
  58. {
  59. printf("child:invalid command \n");
  60. return-1;
  61. }
  62. printf("child: the cmd from parent is%d\n", cmd);
  63. return 0;
  64. }


 

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;

 

 

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