君不见长松卧壑困风霜,时来屹立扶明堂。这篇文章主要讲述Linux系统编程进程间通信之无名管道相关的知识,希望能为你提供帮助。
00. 目录
文章目录
- 00. 目录
- 01. 管道概述
- 02. 管道创建函数
- 03. 管道的特性
- 04. 管道设置非阻塞
- 05. 附录
01. 管道概述 管道也叫无名管道,它是是 UNIX 系统 IPC(进程间通信) 的最古老形式,所有的 UNIX 系统都支持这种通信机制。
无名管道的特点
1、半双工,数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
2、数据只能从管道的一端写入,从另一端读出。
3、写入管道中的数据遵循先入先出的规则。
4、管道所传送的数据是无格式的,这要求管道的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式,如多少字节算一个消息等。
5、管道不是普通的文件,不属于某个文件系统,其只存在于内存中。
6、管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。
【Linux系统编程进程间通信之无名管道】7、从管道读数据是一次性操作,数据一旦被读走,它就从管道中被抛弃,释放空间以便写更多的数据。
8、管道没有名字,只能在具有公共祖先的进程(父进程与子进程,或者两个兄弟进程,具有亲缘关系)之间使用。
对于无名管道特点的理解,我们可以类比现实生活中管子,管子的一端塞东西,管子的另一端取东西。
无名管道是一种特殊类型的文件,在应用层体现为两个打开的文件描述符。
文章图片
02. 管道创建函数
#include <
unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);
功能:
创建无名管道。参数:
pipefd : 为 int 型数组的首地址,其存放了管道的文件描述符 pipefd[0]、pipefd[1]。
当一个管道建立时,它会创建两个文件描述符 fd[0] 和 fd[1]。其中 fd[0] 固定用于读管道,而 fd[1] 固定用于写管道。一般文件 I / O 的函数都可以用来操作管道(lseek() 除外)。返回值:
成功:0
失败:-1
下面我们写这个一个例子,子进程通过无名管道给父进程传递字符串数据
#include <
stdio.h>
#include <
stdlib.h>
#include <
string.h>
#include <
unistd.h>
#define SIZE 64int main(void)
{
int fd[2];
int i = 0;
pid_t pid = -1;
char buf[SIZE];
//创建一个无名管道 用在具有共同祖先的进程
if (pipe(fd) == -1)
{
perror("pipe");
goto err0;
}printf("fd[0]: %d fd[1]: %d\\n", fd[0], fd[1]);
//创建子进程
pid = fork();
if (-1 == pid)
{
perror("fork");
goto err1;
}
else if (0 == pid)
{
while(1)
{
//子进程写管道
memset(buf, 0, SIZE);
sprintf(buf, "hello uplooking %d", i++);
write(fd[1], buf, strlen(buf));
sleep(1);
if (i >
= 10)
break;
}//关闭描述符
close(fd[0]);
close(fd[1]);
exit(0);
}
else
{
//父进程 读管道
while(1)
{
memset(buf, 0, SIZE);
if (read(fd[0], buf, SIZE) <
= 0)
break;
printf("\\033[31mbuf: %s\\033[0m\\n", buf);
}//关闭描述符
close(fd[0]);
close(fd[1]);
}return 0;
err1:
close(fd[0]);
close(fd[1]);
err0:
return 1;
}
测试结果:
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2/4sys/4th/code$ gcc 17pipe.c
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2/4sys/4th/code$ ./a.out
fd[0]: 3 fd[1]: 4
buf: hello uplooking 0
buf: hello uplooking 1
buf: hello uplooking 2
buf: hello uplooking 3
buf: hello uplooking 4
buf: hello uplooking 5
buf: hello uplooking 6
03. 管道的特性 每个管道只有一个页面作为缓冲区,该页面是按照环形缓冲区的方式来使用的。这种访问方式是典型的“生产者——消费者”模型。当“生产者”进程有大量的数据需要写时,而且每当写满一个页面就需要进行睡眠等待,等待“消费者”从管道中读走一些数据,为其腾出一些空间。相应的,如果管道中没有可读数据,“消费者” 进程就要睡眠等待,具体过程如下图所示:
文章图片
默认的情况下,从管道中读写数据,最主要的特点就是阻塞问题(这一特点应该记住),当管道里没有数据,另一个进程默认用 read() 函数从管道中读数据是阻塞的。
测试代码:
#include <
stdio.h>
#include <
string.h>
#include <
unistd.h>
#include <
stdlib.h>
#include <
sys/types.h>
#include <
sys/wait.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd_pipe[2] = {0};
pid_t pid;
if( pipe(fd_pipe) <
0 ){// 创建无名管道
perror("pipe");
}
pid = fork();
// 创建进程
if( pid <
0 ){ // 出错
perror("fork");
exit(-1);
}
if( pid == 0 ){ // 子进程_exit(0);
}else if( pid >
0){// 父进程
wait(NULL);
// 等待子进程结束,回收其资源char str[50] = {0};
printf("before read\\n");
// 从管道里读数据,如果管道没有数据, read()会阻塞
read(fd_pipe[0], str, sizeof(str));
printf("after read\\n");
printf("str=[%s]\\n", str);
// 打印数据
}
return 0;
}
测试结果:
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out
before read
04. 管道设置非阻塞 当然,我们编程时可通过 fcntl() 函数设置文件的阻塞特性。
设置为阻塞:fcntl(fd, F_SETFL, 0);
设置为非阻塞:fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
测试代码:
#include <
stdio.h>
#include <
string.h>
#include <
unistd.h>
#include <
stdlib.h>
#include <
sys/types.h>
#include <
sys/wait.h>
#include <
fcntl.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd_pipe[2] = {0};
pid_t pid;
if( pipe(fd_pipe) <
0 ){// 创建无名管道
perror("pipe");
}
pid = fork();
// 创建进程
if( pid <
0 ){ // 出错
perror("fork");
exit(-1);
}
if( pid == 0 ){ // 子进程sleep(3);
char buf[] = "hello, tom";
write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf));
// 写数据_exit(0);
}else if( pid >
0){// 父进程
fcntl(fd_pipe[0], F_SETFL, O_NONBLOCK);
// 非阻塞
//fcntl(fd_pipe[0], F_SETFL, 0);
// 阻塞while(1){
char str[50] = {0};
read( fd_pipe[0], str, sizeof(str) );
//读数据printf("str=[%s]\\n", str);
sleep(1);
}
}
return 0;
}
测试结果:
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out
str=[]
str=[]
str=[]
str=[hello, tom]
str=[]
str=[]
str=[]
str=[]
str=[]
默认的情况下,从管道中读写数据,还有如下特性:
1)调用 write() 函数向管道里写数据,当缓冲区已满时 write() 也会阻塞。
测试代码如下:
#include <
stdio.h>
#include <
string.h>
#include <
unistd.h>
#include <
stdlib.h>
#include <
sys/types.h>
#include <
sys/wait.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd_pipe[2] = {0};
pid_t pid;
char buf[1024] = {0};
memset(buf, \'a\', sizeof(buf));
// 往管道写的内容
int i = 0;
if( pipe(fd_pipe) <
0 ){// 创建无名管道
perror("pipe");
}
pid = fork();
// 创建进程
if( pid <
0 ){ // 出错
perror("fork");
exit(-1);
}
if( pid == 0 ){ // 子进程
while(1){
write(fd_pipe[1], buf, sizeof(buf));
i++;
printf("i ======== %d\\n", i);
}_exit(0);
}else if( pid >
0){// 父进程
wait(NULL);
// 等待子进程结束,回收其资源
}
return 0;
}
测试结果:
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out
i ======== 1
i ======== 2
i ======== 3
i ======== 4
i ======== 5
i ======== 6
i ======== 7
i ======== 8
i ======== 9
i ======== 10
i ======== 11
i ======== 12
i ======== 13
i ======== 14
i ======== 15
i ======== 16
i ======== 17
i ======== 18
i ======== 19
i ======== 20
i ======== 21
i ======== 22
i ======== 23
i ======== 24
i ======== 25
i ======== 26
i ======== 27
i ======== 28
i ======== 29
i ======== 30
i ======== 31
i ======== 32
i ======== 33
i ======== 34
i ======== 35
i ======== 36
i ======== 37
i ======== 38
i ======== 39
i ======== 40
i ======== 41
i ======== 42
i ======== 43
i ======== 44
i ======== 45
i ======== 46
i ======== 47
i ======== 48
i ======== 49
i ======== 50
i ======== 51
i ======== 52
i ======== 53
i ======== 54
i ======== 55
i ======== 56
i ======== 57
i ======== 58
i ======== 59
i ======== 60
i ======== 61
i ======== 62
i ======== 63
i ======== 64
到了64没有打印,说明管道的缓冲区大小是64K
2)通信过程中,别的进程先结束后,当前进程读端口关闭后,向管道内写数据时,write() 所在进程会(收到 SIGPIPE 信号)退出,收到 SIGPIPE 默认动作为中断当前进程。
测试代码:
#include <
stdio.h>
#include <
string.h>
#include <
unistd.h>
#include <
stdlib.h>
#include <
sys/types.h>
#include <
sys/wait.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd_pipe[2] = {0};
pid_t pid;
if( pipe(fd_pipe) <
0 ){// 创建无名管道
perror("pipe");
}
pid = fork();
// 创建进程
if( pid <
0 ){ // 出错
perror("fork");
exit(-1);
}
if( pid == 0 ){ // 子进程
//close(fd_pipe[0]);
_exit(0);
}else if( pid >
0 ){// 父进程
wait(NULL);
// 等待子进程结束,回收其资源close(fd_pipe[0]);
// 当前进程读端口关闭char buf[50] = "12345";
// 当前进程读端口关闭
// write()会收到 SIGPIPE 信号,默认动作为中断当前进程
write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf));
while(1);
// 阻塞
}
return 0;
}
测试结果:
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ gcc 1.c
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$ ./a.out
deng@itcast:/mnt/hgfs/LinuxHome/code.bak2$
程序直接中断退出,没有任何结果。
05. 附录 5.1 参考博客:【Linux系统编程】进程间通信–无名管道(pipe)
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