Linux系統(tǒng)管道和有名管道的通信機(jī)制

Linux 進(jìn)程間通信的幾種主要手段。其中管道和有名管道是最早的進(jìn)程間通信機(jī)制之一，管道可用于具有親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信，有名管道克服了管道沒(méi)有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無(wú)親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信。 認(rèn)清管道和有名管道的讀寫(xiě)規(guī)則是在程序中應(yīng)用它們的關(guān)鍵，本文在詳細(xì)討論了管道和有名管道的通信機(jī)制的基礎(chǔ)上，用實(shí)例對(duì)其讀寫(xiě)規(guī)則進(jìn)行了程序驗(yàn)證，這樣做有利于增強(qiáng)讀者對(duì)讀寫(xiě)規(guī)則的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)也提供了應(yīng)用范例。

管道概述及相關(guān)API應(yīng)用

管道相關(guān)的關(guān)鍵概念

管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特點(diǎn)：

管道是半雙工的，數(shù)據(jù)只能向一個(gè)方向流動(dòng)；需要雙方通信時(shí)，需要建立起兩個(gè)管道；

只能用于父子進(jìn)程或者兄弟進(jìn)程之間（具有親緣關(guān)系的進(jìn)程）；

單獨(dú)構(gòu)成一種獨(dú)立的文件系統(tǒng)：管道對(duì)于管道兩端的進(jìn)程而言，就是一個(gè)文件，但它不是普通的文件，它不屬于某種文件系統(tǒng)，而是自立門(mén)戶(hù)，單獨(dú)構(gòu)成一種文件系統(tǒng)，并且只存在與內(nèi)存中。

數(shù)據(jù)的讀出和寫(xiě)入：一個(gè)進(jìn)程向管道中寫(xiě)的內(nèi)容被管道另一端的進(jìn)程讀出。寫(xiě)入的內(nèi)容每次都添加在管道緩沖區(qū)的末尾，并且每次都是從緩沖區(qū)的頭部讀出數(shù)據(jù)。

管道的創(chuàng)建：

#include int pipe(int fd[2])

該函數(shù)創(chuàng)建的管道的兩端處于一個(gè)進(jìn)程中間，在實(shí)際應(yīng)用中沒(méi)有太大意義，因此，一個(gè)進(jìn)程在由pipe()創(chuàng)建管道后，一般再fork一個(gè)子進(jìn)程，然后通過(guò)管道實(shí)現(xiàn)父子進(jìn)程間的通信（因此也不難推出，只要兩個(gè)進(jìn)程中存在親緣關(guān)系，這里的親緣關(guān)系指的是具有共同的祖先，都可以采用管道方式來(lái)進(jìn)行通信）。

管道的讀寫(xiě)規(guī)則：

管道兩端可分別用描述字fd[0]以及fd[1]來(lái)描述，需要注意的是，管道的兩端是固定了任務(wù)的。即一端只能用于讀，由描述字fd[0]表示，稱(chēng)其為管道讀端；另一端則只能用于寫(xiě)，由描述字fd[1]來(lái)表示，稱(chēng)其為管道寫(xiě)端。如果試圖從管道寫(xiě)端讀取數(shù)據(jù)，或者向管道讀端寫(xiě)入數(shù)據(jù)都將導(dǎo)致錯(cuò)誤發(fā)生。一般文件的I/O函數(shù)都可以用于管道，如close、read、write等等。

從管道中讀取數(shù)據(jù)：如果管道的寫(xiě)端不存在，則認(rèn)為已經(jīng)讀到了數(shù)據(jù)的末尾，讀函數(shù)返回的讀出字節(jié)數(shù)為0；當(dāng)管道的寫(xiě)端存在時(shí)，如果請(qǐng)求的字節(jié)數(shù)目大于PIPE_BUF，則返回管道中現(xiàn)有的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，如果請(qǐng)求的字節(jié)數(shù)目不大于PIPE_BUF，則返回管道中現(xiàn)有數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)（此時(shí)，管道中數(shù)據(jù)量小于請(qǐng)求的數(shù)據(jù)量）；或者返回請(qǐng)求的字節(jié)數(shù)（此時(shí)，管道中數(shù)據(jù)量不小于請(qǐng)求的數(shù)據(jù)量）。注：（PIPE_BUF在include/Linux/limits.h中定義，不同的內(nèi)核版本可能會(huì)有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少為512字節(jié)，red hat 7.2中為4096）。

關(guān)于管道的讀規(guī)則驗(yàn)證：

* 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);//確保父進(jìn)程關(guān)閉寫(xiě)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); } }

程序輸出結(jié)果：

* parent write over * parent close fd[1] over * read num is 4 the data read from the pipe is 111

附加結(jié)論：管道寫(xiě)端關(guān)閉后，寫(xiě)入的數(shù)據(jù)將一直存在，直到讀出為止。
linux操作系統(tǒng)文章專(zhuān)題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）