进程间通信之管道

过几天就要给linux兴趣小组的同学讲下我最近学的一些东西，我觉的还是进程间通信这块是学习linux C的一个亮点吧，进程间通信的手段很多。其中管道以及有名管道划分一类，还有信号，消息队列（又称报文队列），共享内存，信号量，套接口等。

1.管道的特点总结起来也就是下面几点：

• 半双工，即数据只能向一个方向流动，需要双方通信时，需要建立两个管道
• 仅用于父子进程和兄弟进程之间
• 单独的一个特殊的文件系统，只存在于内存当中
• 特殊的数据读出和写入规则：pipe一个管道后 [0]为读出端，[1]为写入端

2.管道的创建：pipe()函数，原型为

#include

int pipe(int pipefd[2]);

3.管道的使用（读写相关）：

管道创建后就可以使用，进程间通信，所以，是pipe创建管道后，然后fork下，父子进程共同继承这个管道的信息，于是就有了父子进程间信息的交流，当然，你也可以自己给自己发消息（使用管道，不过这没什么意义，貌似）。

前面说过，pipe创建一个位于内存中的管道后，文件描述符fd[0]和fd[1]分别就是读端和写端（名字随意，也可以是pipe_fd[0],pipe_fd[1]，关键是这个索引，0和1），这是规定，这样用就行了。可以这样记忆，pipe产生的管道0端读，1端写。

管道中读数据的时候：如果没写端，默认到了数据末尾，函数返回读出数据字节数为0；有写端，那么要读取的字节数大于PIPE_BUF（这个定义于include/linux/limits.h中，我的内核定义为4096），则返回管道中现有的所有数据字节数。如果不大于PIPE_BUF返回管道中现有的数据字节数，或者返回请求的数据字节数。

下面是一个读规则的测试。

/*
 * Copyright (c) 2010-~ zhouyongfei
 *
 * The source code is released for free distribution under the terms of the GNU General Public License
 *
 *
 * Author: alen Chou
 * Created Time: 2010年08月13日 星期五 11时01分35秒
 * File Name: readtest.c
 * Description:
 *
 */
 
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
 
 int pipe_fd[2];
 pid_t pid;
 char r_buf[100];
 char w_buf[50];
 int r_num;
 
 memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
 memset(w_buf,0,sizeof(r_buf));
 
 if(pipe(pipe_fd) < 0){ printf("pipe create error\n"); return -1; } if(0 == (pid=fork())){ printf("\n"); close(pipe,pipe_fd[1]);/*子进程关闭写端*/ sleep(3); /*确保父进程关闭写端*/ r_num = read(pipe_fd[0],r_buf,100); printf("read num is %d ,the data read from the pipe is \"%s\"\n",r_num,r_buf); close(pipe_fd[0]);/*子进程关闭读端*/ exit(0); }else if(pid > 0){
  close(pipe_fd[0]);/*父进程关闭读端*/
  strcpy(w_buf,"hello ,this is alen Chou….");
  if(write(pipe_fd[1],w_buf,sizeof(w_buf)) != -1)
   printf("parent write over\n");
  close(pipe_fd[1]);/*父进程关闭写端*/
  printf("parent close fd[1] over\n");
  sleep(5);
  exit(0);
 }
 return 0;
}

从上面的例子可以简单的看出，读端每次先关闭写端，读取数据完成后关读端，写端每次先关闭读端，写完后关闭写端，你也可以不完全这样，但是会出现这样或者那样的问题，因为管道是半双工，所以每次必须保证一端写，另一端读，这样才能保证数据传输的正确性。

管道中写数据时：linux不保证写数据的原子性，管道缓冲区有空闲区，写进程就会尝试写入，如果管道已满，而没有读进程读取管道缓冲区的数据，那么写进程将会一直阻塞直到有读进程读走数据。

下面是一个测试写规则的例子：

/*
 * Copyright (c) 2010-~ zhouyongfei
 *
 * The source code is released for free distribution under the terms of the GNU General Public License
 *
 *
 * Author: alen Chou
 * Created Time: 2010年08月13日 星期五 11时59分57秒
 * File Name: pipe3.c
 * Description:
 *
 */
 
#include
#include
#include
#include
#include
#include
 
main(int argc,char**argv)
{
 int stat;
 
 int pipe_fd[2];
 pid_t pid;
 char r_buf[4096];
 char w_buf[4096*2];
 int writenum;
 int rnum;
 memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
 if(pipe(pipe_fd)<0){ printf("pipe create error\n"); return -1; } if((pid=fork())==0){ close(pipe_fd[1]); /*while(1){ sleep(1); rnum=read(pipe_fd[0],r_buf,1000); printf("child: readnum is %d\n",rnum); if(rnum == 0){ break; } //sleep(1); }*/ close(pipe_fd[0]); exit(0); } else if(pid>0){
  //close(pipe_fd[0]);//write

  memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
 
  if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,5000))==-1)
   printf("write to pipe error\n");
  else
   printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum);
 
  if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,5000))==-1){
   printf("write to pipe error\n");
  }else
   printf("the bytes write to pipe again is %d\n",writenum);
  close(pipe_fd[1]);
  wait(&stat);
 }
 return;
}

这个例子中有许多值得琢磨的地方，比如可以看到写操作原子性的规则，以及写操作的时候的阻塞问题，测试程序的时候可以在不同的地方加上注释就会出现不同的结果。

4.最后说下管道的一些局限性：

• 只支持单向数据流；
• 只能用于具有亲缘关系的进程之间；
• 没有名字；
• 管道的缓冲区是有限的
• 管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息等。

当然上面的一些问题我们现在就可以解决，比如半双工只能是数据单向流动，那我们可以创建两个管道，然后fork父子进程，这样就可以使用两个管道进行相互的数据传输了。有些问题就得留给后面去解决，比如解决非亲缘关系的进程间的信息传输就可以使用有名管道等

好了，管道就说道这了。。