Linux高级编程：IPC之管道

一、无名管道

1.1 无名管道的概述

管道(pipe)又称无名管道。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。

任何一个进程在创建的时候，系统都会给他分配4G的虚拟内存，分为3G的用户空间和1G 的内核空间，内核空间是所有进程公有的，无名管道就是创建在内核空间的，多个进程知道同一个无名管道的空间，就可以利用他来进行通信。

无名管道虽然是在内核空间创建的，但是会给当前用户进程两个文件描述符，一个负责执行读操作，一个负责执行写操作。

管道是最古老的UNIX IPC方式，其特点是:

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。

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之间使用

1.2 无名管道的创建 ---pipe函数

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);

功能：创建一个有名管道，返回两个文件描述符负责对管道进行读写操作

参数：

pipefd：int型数组的首地址，里面有两个元素

pipefd[0] 负责对管道执行读操作

pipefd[1] 负责对管道执行写操作

返回值：成功：0

失败：‐1

案例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{

    // 使用pipe创建一个无名管道
    int fd_pipe[2];

    if (pipe(fd_pipe) == -1)
    {

        perror("fail to pipe");
        exit(1);
    }

printf("fd_pipe[0]=%d\n",fd_pipe[0]);
printf("fd_pipe[1]=%d\n",fd_pipe[1]);


//描述符就可以操作无名管道，所以通过文件IO中的read和write函数对无名管道进行操作
//通过write函数向无名管道中写入数据
 //fd_pipe[1]负责执行写操作
if(write(fd_pipe[1],"hello world",11) == -1){
    perror("fail to write");
    exit(1);
}
printf("测试一下sizeof(hello) =%ld\n",sizeof("hello"));

//写完之后，再写
//如果管道中有数据，再次写入的数据会放在之前数据的后面，不会把之前的数据替
write(fd_pipe[1],"write agin",sizeof("write agin")); //11,strlen 不会将\0记入长度


char buf[32]="kkk";
ssize_t bytes;

//fd_pipe[0]负责执行读操作
if(bytes = read(fd_pipe[0],buf,20)==-1){
    perror("fail  to read");
    exit(1);
}

printf("buf = [%s]\n", buf);
printf("bytes = %ld\n", bytes);



//读完后再读,如果管道中没有数据了 发生阻塞
read(fd_pipe[0],buf,sizeof(buf));

printf("buf = [%s]\n", buf);
printf("bytes = %ld\n", bytes);

read(fd_pipe[0],buf,sizeof(buf));
printf("buf = [%s]\n", buf);
printf("bytes = %ld\n", bytes);



}

1.3 无名管道实现进程间通信

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{

    int fd_set[2];
    int ret;
    ret = pipe(fd_set);
    if (ret == -1)
    {
        perror("fail to create pipe");
        exit(1);
    }

    int pid = fork();

    if (pid > 0)
    { // 父进程代码 :从标准输入IO获取字符串，写入管道
        char buf[128] = "";
        while (1)
        {
            fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
            buf[strlen(buf) - 1] = '\0'; // 封尾

            // 写入管道
            if (write(fd_set[1], buf, sizeof(buf)) == -1)
            {
                perror("fail to write");
                exit(1);
            }
        }
    }
    else if (pid == 0)
    {
        // 子进程代码:去管道里读
        char buf[128] = "";
        while (1)
        {
            if (read(fd_set[0], buf, sizeof(buf)) == -1)
            {
                perror("fail to read");
                exit(1);
            }
            printf("buf=[%s]\n", buf);
        }
    }
    else if (pid == -1)
    {
        perror("创建进程失败");
        exit(1);
    }

    return 0;
}