Linux系統編程—管道
- 2020 年 10 月 10 日
- 筆記
▋****1. 管道的概念
管道，又名「無名管理」，或「匿名管道」，管道是一種非常基本，也是使用非常頻繁的IPC方式。
1.1 管道本質
- 管道的本質也是一種文件，不過是偽文件，實際上是一塊內核緩衝區，大小4K；
- 管道創建以後會產生兩個文件描述符，一個是讀端，另一個是寫端；
- 管道里的數據只能從寫端被寫入，從讀端被讀出；
1.2 管道原理
管道是內核的一塊緩衝區，更具體一些，是一個環形隊列。數據從隊列的一端寫入數據，另一端讀出，如下圖示：
1.3 管道的優點
簡單
1.4 管道的缺點
- 只能單向通訊，如果需要雙向通訊則需要建立兩個管道；
- 只能應用於具有血緣關係的進程，如父子進程；
- 緩衝區大小受限，通常為1頁，即4k；
▋****2. 管道的創建
管道創建三步曲：
a. 父進程調用pipe函數創建管道；
b. 父進程調用fork函數創建子進程；
c. 父進程關閉fd[0]，子進程關閉fd[1]；
具體如下圖所示：
▋****3. 管道的讀寫行為
a. 管道的緩衝區大小固定為4k，所以如果管道內數據已經寫滿，則無法再寫入數據，進程的write調用將阻塞，直到有足夠的空間再寫入數據；
b. 管道的讀動作比寫動作要快，數據一旦被讀走了，管道將釋放相應的空間，以便後續數據的寫入。當所有的數據都讀完之後，進程的read()調用將阻塞，直到有數據再次寫入。
▋****4. 常式
父子間通訊：
1#include <stdio.h>
2#include <sys/types.h>
3#include <unistd.h>
4#include <string.h>
5
6int main()
7{
8 int fd[2];
9 pid_t pid;
10 char buf[1024];
11 char *data = "hello world!";
12
13 /* 創建管道 */
14 if (pipe(fd) == -1) {
15 printf("ERROR: pipe create failed!\n");
16 return -1;
17 }
18
19 pid = fork();
20 if (pid == 0) {
21 /* 子進程 */
22 close(fd[1]); // 子進程讀取數據，關閉寫端
23 read(fd[0], buf, sizeof(buf)); // 從管道讀數據
24 printf("child process read: %s\n", buf);
25 close(fd[0]);
26 } else if (pid > 0) {
27 /* 父進程 */
28 close(fd[0]); //父進程寫數據，關閉讀端
29 write(fd[1], data, strlen(data)); // 向管道寫數據
30 printf("parent process write: %s\n", data);
31 close(fd[1]);
32 }
33
34 return 0;
35}
兄弟間通訊：
1#include <stdio.h>
2#include <sys/types.h>
3#include <unistd.h>
4#include <string.h>
5#include <sys/wait.h>
6
7int main ()
8{
9 int fd[2];
10 int i = 0;
11 pid_t pid;
12 char buf[1024];
13 char *data = "hello world!";
14
15 /* 創建管道 */
16 if (pipe(fd) == -1) {
17 printf("ERROR: pipe create failed!\n");
18 return -1;
19 }
20
21 for (i = 0; i < 2; i++) {
22 pid = fork();
23 if (pid == -1) {
24 printf("ERROR: fork error!\n");
25 return -1;
26 } else if (pid == 0) {
27 break;
28 }
29 }
30
31 /* 通過i來判斷創建的子進程及父進程 */
32 if (i == 0) {
33 /* 第一個子進程，兄進程 */
34 close(fd[0]); // 兄進程向弟進程寫數據，關閉讀端
35 write(fd[1], data, strlen(data));
36 printf("elder brother send: %s\n", data);
37 close(fd[1]);
38 } else if (i == 1) {
39 /* 第二個子進程，弟進程 */
40 close(fd[1]);
41 read(fd[0], buf, sizeof(buf));
42 printf("younger brother receive: %s\n", buf);
43 close(fd[0]);
44 } else {
45 /* 父進程 */
46 close(fd[0]);
47 close(fd[1]);
48 for (i = 0; i < 2; i++) {
49 wait(NULL);
50 }
51 }
52
53 return 0;
54}
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