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2012-03-04 20:44:56
原文地址：（2）进程间通信之管道 作者：g_programming
一．管道
管道的名称很形象，它就像是一个水管，我们从一端到水然后水从令一端流出。不同的是这里说的管道的两边都是进程。从一端往管道里写数据，其它进程可以从管道的另一端的把数据读出，从而实现了进程间通信的功能。
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）；
单独构成一种独立的文件系统：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。
数据的读出和写入：管道是半双工的，数据只能在一个方向上流动。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。
1.1管道的创建
管道是由调用pipe函数而创建的。
1．
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名称:： |
pipe |
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功能： |
创建管道 |
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头文件： |
#include |
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函数原形： |
int pipe(int filedes[2]); |
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参数： |
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返回值： |
若成功返回0，若出错则返回-1 |
Linux用函数pipe来创建管道，经由参数filedes返回两个文件描述符：filedes[0]为读而打开，filedes[1]为写而打开。filedes[1]的输出是filedes[0]的输入。
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/*14_1.c*/ #include #include #include #include
int main() { int n; int fd[2]; pid_t pid; char line[1024];
if(pipe(fd)<0) /*建立管道*/ perror(“pipe error”); if((pid=fork())<0) /*创建子进程*/ perror(“fork error”); else if(pid==0) /*如果是子进父程*/ { close(fd[0]); /*关闭读描述符*/ write(fd[1],”I’m child,hello father!”,23);/*往管道里写数据*/ } else /*如果是父进程*/ { close(fd[1]); /*关闭写描述符*/ wait(); /*等待子进程结束*/ n=read(fd[0],line,1024); /*从管道里读数据，读到缓冲数组中*/ write(STDOUT_FILENO,line,n); /*把缓冲区的数据写道屏幕上*/ } exit(0); }
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程序的运行结果是 I’m father, hello child!
程序先创建一个管道，而后创建一个子进程。让父进程向管道里写数据，让子进程从管道读数据，程序在写个读之前都把不用的描述符关掉。这要做的好处是提高了安全性，因为如果父子进程同时往管道里写将发生错误。
1.2管道的读写规则
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。一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。
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）。
向管道中写入数据：向管道中写入数据时，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）。
1.3管道的局限性
管道的主要局限性正体现在它的特点上：
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（管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）；
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（或命令、或记录）等等；
1.4管道的其它操作函数
2．
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名称:： |
popen |
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功能： |
process I/O |
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头文件： |
#include |
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函数原形： |
FILE *popen(const char *cmdstring,const char *type); |
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参数： |
cmdstring 要执行的程序 type 连接端口 |
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返回值： |
若成功则为文件指针，若出错则为NULL。 |
这两个函数执行过程是：先创建一个管道，调用fork产生一个子进程，然后关闭管道的不使用端，执行一个shell以运行命令，然后等待命令终止。
函数popen先执行fork,然后调用exec以执行cmdstring，并且返回一个标准I/O文件指针。如果type是“r”,则文件指针连接到cmdstring的标准输出。如果type是”w”,则文件指针连接到cmdstring的标准输入。
3．
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名称:： |
pclose |
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功能： |
process I/O |
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头文件： |
#include |
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函数原形： |
int pclose(FILE *fp); |
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参数： |
fp 标准Ｉ/Ｏ流 |
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返回值： |
cmdstring的终止状态，若出错则为-1。 |
pclose函数关闭标准I/O流，等待命令执行结束，然后返回shell的终止状态。
下面就是利用这两个函数，把从文件中读入的数据送至分页程序。
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/*14_2.c*/ #include #include #include
#define PAGER “${PAGER:-more}” #define MAXLINE 10000
int main(int argc,char *argv[]) { char line[MAXLINE]; FILE *fpin,*fpout;
if((fpin=fopen(argv[1],”r”))==NULL) /*打开文件*/ perror(“fopen error”); if((fout=popen(PAGER,”w”))==NULL) /*创建子进程，然后运行PAGER分页程序，并使fout流连接到分页程序(PAGER)的标准输入*/ perror(“popen error”); while(fgets(line,MAXLINE,fpin)!=NULL) /*从argc[1]文件读数据，一次读一行，存入line缓冲区*/ { if(fputs(line,fpout)==EOF) /*把从缓冲区读入的数据写入管道，通过管道输入到分页程序（PAGER）的标准输入*/ perror(“fputs error”); } if(pclose(fpout)== -1) perror(“pclose error”); exit(0); } |
程序从先文件读数据，把读的数据存入缓冲区，然后创建子进程，让子进程创建管道并使管道的一端连接到分页程序的标准输入。最后父进程把缓冲区的数据写入管道的另一端，从而实现了输出从定向的功能。
popen特别适用于构造简单的过滤程序，它变换运行命令的输入或输出。使用popen，可以在应用程序和输入之间插入一个程序以便对输入进行变换处理。下面的程序是一个简单的过滤程序，它只是将标准输入复制到标准输出，在复制时将所有大写字符变换为小写字符。在写了一行之后，对标准输出进行了冲洗。
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/*14_3.c 过滤程序*/ #include #include #include
int main(void) { int c; while((c=getchar())!=EOF) /*获得字符*/ { if(isupper(c)) /*判断是否是大写字母*/ c=tolower(c)); /*把大写字符转化为小写*/ if(putchar(c)=EOF) /*输出转换后的字母*/ perror(“output error”); if(c==’\n’) fflush(stdout); /*将缓冲区的数据输入到标准输出*/ } exit(0); } |
先编译它，然后我们在下面的程序用popen调用它。可能大家不明白上面的几个函数，我简要介绍一下.
int isupper(int c);若ch是大写字母('A'-'Z')返回非0值,否则返回0。
int tolower(int c);如果c为大写英文字母,则返回对应的小写字母;否则返回原来的值.
int fflush( FILE *stream ); fflush 是用来将流清空的函数，如果流跟文件绑定为输出的模式， 那么将会把流中的内容写入文件。
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/*14_4.c*/ #include #include #include #define MAXLINE 100
int main(void) { char line[MAXLINE]; FILE *fpin;
if((fpin=popen(“./14_3”, “r”))==NULL) /*打开过滤程序*/ perror(“popen error”); for( ; ; ) { fputs(“prompt> “,stdout); /*输出提示信息*/ fflush(stdout); /*刷新缓冲区*/ if(fgets(line,MAXLINE,fpin)==NULL) /*从标准输入读数据存放到缓冲区中*/ break; if(fputs(line,stdout)==EOF) /*把缓冲区数据写到标准输出（屏幕）。 perror(“fput error”); } if(fclose(fpin)== -1) perror(“pclose error”); putchar(‘\n’); exit(0); } |
上面的两个程序要在一个文件夹下运行，程序会把用户输入的大写字母转换为小写。我们经常用popen/pclose处理输入和输出，使他们格式统一。方便程序处理。
