一、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。

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1. 管道本質(zhì)

• 管道的本質(zhì)也是一種文件，不過是偽文件，實際上是一塊內(nèi)核緩沖區(qū)，大小4K;
• 管道創(chuàng)建以后會產(chǎn)生兩個文件描述符，一個是讀端，另一個是寫端;
• 管道里的數(shù)據(jù)只能從寫端被寫入，從讀端被讀出;

1. 管道原理

管道是內(nèi)核的一塊緩沖區(qū)，更具體一些，是一個環(huán)形隊列。數(shù)據(jù)從隊列的一端寫入數(shù)據(jù)，另一端讀出，如下圖示：

3. 管道的優(yōu)點

簡單

4.  管道的缺點

• 只能單向通信，如果需要雙向通信則需要建立兩個管道;
• 只能應(yīng)用于具有血緣關(guān)系的進(jìn)程，如父子進(jìn)程;
• 緩沖區(qū)大小受限，通常為1頁，即4k;

二、管道的創(chuàng)建

管道創(chuàng)建三步曲：

• 父進(jìn)程調(diào)用pipe函數(shù)創(chuàng)建管道;
• 父進(jìn)程調(diào)用fork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程;
• 父進(jìn)程關(guān)閉fd[0]，子進(jìn)程關(guān)閉fd[1];

具體如下圖所示：

三、管道的讀寫行為

• 管道的緩沖區(qū)大小固定為4k，所以如果管道內(nèi)數(shù)據(jù)已經(jīng)寫滿，則無法再寫入數(shù)據(jù)，進(jìn)程的write調(diào)用將阻塞，直到有足夠的空間再寫入數(shù)據(jù);
• 管道的讀動作比寫動作要快，數(shù)據(jù)一旦被讀走了，管道將釋放相應(yīng)的空間，以便后續(xù)數(shù)據(jù)的寫入。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)都讀完之后，進(jìn)程的read()調(diào)用將阻塞，直到有數(shù)據(jù)再次寫入。

四、例程

父子間通信：

#include <stdio.h> 
 #include <sys/types.h> 
 #include <unistd.h> 
 #include <string.h> 
  
 int main() 
 { 
     int fd[2]; 
     pid_t pid; 
    char buf[1024]; 
    char *data = "hello world!"; 
 
    /* 創(chuàng)建管道 */ 
    if (pipe(fd) == -1) { 
        printf("ERROR: pipe create failed!\n"); 
        return -1; 
    } 
 
    pid = fork(); 
    if (pid == 0) { 
        /* 子進(jìn)程 */ 
        close(fd[1]);   // 子進(jìn)程讀取數(shù)據(jù)，關(guān)閉寫端 
        read(fd[0], buf, sizeof(buf));  // 從管道讀數(shù)據(jù) 
        printf("child process read: %s\n", buf); 
        close(fd[0]); 
    } else if (pid > 0) { 
        /* 父進(jìn)程 */ 
        close(fd[0]);   //父進(jìn)程寫數(shù)據(jù)，關(guān)閉讀端 
        write(fd[1], data, strlen(data));   // 向管道寫數(shù)據(jù) 
        printf("parent process write: %s\n", data); 
        close(fd[1]); 
    } 
 
    return 0; 
} 

兄弟間通信：

 #include <stdio.h> 
 #include <sys/types.h> 
 #include <unistd.h> 
 #include <string.h> 
 #include <sys/wait.h> 
  
 int main () 
 { 
     int fd[2]; 
    int i = 0; 
    pid_t pid; 
    char buf[1024]; 
    char *data = "hello world!"; 
 
    /* 創(chuàng)建管道 */ 
    if (pipe(fd) == -1) { 
        printf("ERROR: pipe create failed!\n"); 
        return -1; 
    } 
 
    for (i = 0; i < 2; i++) { 
        pid = fork(); 
        if (pid == -1) { 
            printf("ERROR: fork error!\n"); 
            return -1; 
        } else if (pid == 0) { 
            break; 
        } 
    } 
 
    /* 通過i來判斷創(chuàng)建的子進(jìn)程及父進(jìn)程 */ 
    if (i == 0) { 
        /* 第一個子進(jìn)程，兄進(jìn)程 */ 
        close(fd[0]);   // 兄進(jìn)程向弟進(jìn)程寫數(shù)據(jù)，關(guān)閉讀端 
        write(fd[1], data, strlen(data)); 
        printf("elder brother send: %s\n", data); 
        close(fd[1]); 
    } else if (i == 1) { 
        /* 第二個子進(jìn)程，弟進(jìn)程 */ 
        close(fd[1]); 
        read(fd[0], buf, sizeof(buf)); 
        printf("younger brother receive: %s\n", buf); 
        close(fd[0]); 
    } else { 
        /* 父進(jìn)程 */ 
        close(fd[0]); 
        close(fd[1]); 
        for (i = 0; i < 2; i++) { 
            wait(NULL); 
        } 
    } 
 
    return 0; 
}