Linux进程通信(1):管道(上)

一、管道相关的关键概念

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）； 

(3)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
二、管道的操作

2.1 管道的创建

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2])

参数:fd由两个整数类型的文件描述符组成的数组的指针

返回值:成功返回0,失败就是-1并设置errno来表示失败原因
2.2 管道读

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I/O函数都可以用于管道，如close、read、write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）。注：（PIPE_BUF在include/linux/limits.h中定义，不同的内核版本可能会有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少为512字节，red
hat 7.2中为4096）。 
2.3 管道写

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）。 
三、应用举例

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
main(int argc,char**argv)
{
int pipe_fd[2];
pid_t pid;
char r_buf[4096];//读缓冲区
char w_buf[4096*2];//写缓冲区
int writenum;
int rnum;
memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
if(pipe(pipe_fd)<0)//创建管道
{
printf("pipe create error\n");
return -1;
}

if((pid=fork())==0)//创建子进程
{
close(pipe_fd[1]);//关闭子进程写端
while(1)//间隔1s从读端读取1000个字节的数据
{
sleep(1);
rnum=read(pipe_fd[0],r_buf,1000);//子进程一共接受5120字节
printf("child: readnum is %d\n",rnum);
if(rnum==0)
{
printf("chlid process has read all data，and exit right now!\n");
close(pipe_fd[0]);//关闭子进程读端
exit();
}
}

}
else if(pid>0)
{
close(pipe_fd[0]);//关闭父进程的读端
memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,1024))==-1)//父进程写2048个字节
printf("write to pipe error\n");
else
printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum);
writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4096);//父进程阻塞写4096个字节
close(pipe_fd[1]);
wait();//等待子进程结束
}
}