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1pipe管道



1进程间通信

每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不

到,所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程1把数据从用

户空间拷到内核缓冲区,进程2再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程

间通信(IPCInterProcess Communication)。


2pipe管道

管道是一种最基本的IPC机制,由pipe函数创建:

#include <unistd.h>

int pipe(int filedes[2]);

调用pipe函数时在内核中开辟一块缓冲区(称为管道)用于通信,它有一个读端一个

写端,然后通过filedes参数传出给用户程序两个文件描述符,filedes[0]指向管道的读

端,filedes[1]指向管道的写端(很好记,就像0是标准输入1是标准输出一样)。所以管道

在用户程序看起来就像一个打开的文件,通过read(filedes[0]);或者write(filedes[1]);

向这个文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。pipe函数调用成功返回0,调用失败返

-1

   开辟了管道之后如何实现两个进程间的通信呢?比如可以按下面的步骤通信。

1.父进程调用pipe开辟管道,得到两个文件描述符指向管道的两端。

2.父进程调用fork创建子进程,那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。

3.父进程关闭管道读端,子进程关闭管道写端。父进程可以往管道里写,子进程可以从

管道里读,管道是用环形队列实现的,数据从写端流入从读端流出,这样就实现了进程间通

信。

 

关于管道的图

案例1

#include <sys/types.h>

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <fcntl.h>

#include <errno.h>

#include <wait.h>

 

int main(void)

{

   int fd[2];

   char str[1024] = "hello toto";

   char buf[1024];

   pid_t pid;

   //fd[0]读端

   //fd[1]写端

   if (pipe(fd) < 0) {

       perror("pipe");

       exit(1);

   }

   pid = fork();

   //父写子读

   if (pid > 0) {

       //父进程里,关闭父读

       close(fd[0]);

       sleep(5);

                  //这里说明fd[1]是写端,strlen表示的是写的长度

       write(fd[1], str, strlen(str));

                  //写完之后要把文件描述符关闭,不然会出现内存泄漏

       close(fd[1]);

       wait(NULL);

   }

   else if (pid == 0) {

       int len, flags;

       //子进程里,关闭子写

       close(fd[1]);

 

       flags = fcntl(fd[0], F_GETFL);

                  //表示fd[0]具有非阻塞属性

       flags |= O_NONBLOCK;

       fcntl(fd[0], F_SETFL, flags);

tryagain:

       len = read(fd[0], buf, sizeof(buf));

       if (len == -1) {

           if (errno == EAGAIN) {

                               //这里的是10"tryagain\n"的长度

               write(STDOUT_FILENO, "tryagain\n", 10);

               sleep(1);

               goto tryagain;

           }

           else {

               perror("read");

               exit(1);

           }

       }

                  //这里表示向屏幕中打印除结果

       write(STDOUT_FILENO, buf, len);

       close(fd[0]);

   }

   else {

       perror("fork");

       exit(1);

   }

   return 0;

}

案例2

运行结果:

总结:通过pipe函数实现两个文件描述符之间的关联

 

使用管道有一些限制:

两个进程通过一个管道只能实现单向通信,比如上面的例子,父进程写子进程读,如果

有时候也需要子进程写父进程读,就必须另开一个管道。请读者思考,如果只开一个管道,

但是父进程不关闭读端,子进程也不关闭写端,双方都有读端和写端,为什么不能实现双向

通信?

管道的读写端通过打开的文件描述符来传递,因此要通信的两个进程必须从它们的公共

祖先那里继承管道文件描述符。上面的例子是父进程把文件描述符传给子进程之后父子进程

之间通信,也可以父进程fork两次,把文件描述符传给两个子进程,然后两个子进程之间通

信,总之需要通过fork传递文件描述符使两个进程都能访问同一管道,它们才能通信。

使用管道需要注意以下4种特殊情况(假设都是阻塞I/O操作,没有设置O_NONBLOCK

志):

1.如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了(管道写端的引用计数等于0),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。

2.如果有指向管道写端的文件描述符没关闭(管道写端的引用计数大于0),而持有管

道写端的进程也没有向管道中写数据,这时有进程从管道读端读数据,那么管道中剩余的数

据都被读取后,再次read会阻塞,直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。

3.如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了(管道读端的引用计数等于0),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。

在第33章信号会讲到怎样使SIGPIPE信号不终止进程。

4.如果有指向管道读端的文件描述符没关闭(管道读端的引用计数大于0),而持有管

道读端的进程也没有从管道中读数据,这时有进程向管道写端写数据,那么在管道被写满时

再次write会阻塞,直到管道中有空位置了才写入数据并返回。

管道的这四种特殊情况具有普遍意义。 

 

 

 

 

 

 

 

1pipe管道