Linux管道学习（无名管道）

1、概述

2、管道的创建

3、管道读写行为

3.1、管道读

在linux中管道有两种，一是无名管道（匿名管道），第二种是有名管道；无名管道主要用于有血缘关系的父子进程间通信，有名管道则不受该限制，可用于任意进程之间的通信；这里我们主要学习无名管道。

1、概述

创建无名管道的函数如下：

#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);

调用失败返回-1，成功返回0；调用成功时该函数会创建一个单向的管道用于进程之间的通讯，返回的管道包含读端和写端，其中fd[0]用于读，fd[1]用于写，写到fd[1]的数据会被内核保存到缓冲区，直到fd[0]读走数据。

2、管道的创建

代码如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<string.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
	pid_t fd[2];
	int ret;

	ret = pipe(fd);	
	if (-1 == ret) {
		perror("pipe error!\n");	
		exit(1);
	}

	printf("Hello pipe, fd[0] = %d, fd[1] = %d\n", fd[0], fd[1]);


	return 0;
}

很简单，直接调用pipe并传入一个文件描述符数组，如果出错则退出，调用成功则返回两个可用的文件描述符，其中fd[0]用于读，fd[1]用于写。

gcc编译：gcc pipe.c -o pipe，运行./pipe得出如下运行结果：

3、管道读写行为

由于管道是单向通讯的，所以在使用的时候会有一些限制。

管道读

如果管道中有数据，则读取实际能读到的数据；

如果管道中无数据，此时有两种情况：一是有管道写端，此时会阻塞直到写端写入数据；二是没有管道写端（写端被关闭），因为没有写端，永远不会有数据写入，此时返回0。

管道写

如果管道满了，则写阻塞，直到能写入。

如果管道未满，此时有两种情况：一是没有管道读端，此时异常终止（SIGPIPE导致）;二是有读端，则返回实际写入的字节数。

下面简单列举几个例子，主要是父子进程之间通讯。

3.1、管道读

代码如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<string.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
	pid_t fd[2];
	int ret;
	char buf[1024];
	char *info = "Hello Pipe(from read)\n";

	ret = pipe(fd);	
	if (-1 == ret) {
		perror("pipe error!\n");	
		exit(1);
	}
	ret = fork();

	if (0 == ret) {
		printf("I'm child\n");
		close(fd[1]);
		
		while ((ret = read(fd[0], &buf, 1024)) > 0) {
			write(STDOUT_FILENO, &buf, ret);
		}
		close(fd[0]);
	} else if (ret > 0) {
		printf("I'm parent\n");
		close(fd[0]);

		write(fd[1], info, strlen(info));
		
		close(fd[1]);
	} else {
		perror("fork error!\n");
		exit(1);
	}


	return 0;
}

首先调用pipe创建了读写管道的读端和写端，然后调用fork创建了一个子进程，如果ret 为0，说明是在子进程，如果ret大于0，说明是在父进程，如果ret小于0则说明fork出错，退出程序。

代码中申明了一个字符串"Hello Pipe(from read)"，由于父进程用于写，子进程用于读，所以父进程首先关闭了fd[0]，然后用fd[1]往管道中写入"Hello Pipe(from read)"，之后关闭fd[1]。

由于子进程用于读，所以一开始关闭了管道的写端fd[1]，然后循环从fd[0]中读入数据存储到buf中并打印到屏幕，直到读完管道中的数据，最后关闭管道读端fd[0]。

运行结果如下：

上面演示的是管道有数据的情况，立刻就读出了管道中的数据；下面考虑以下两种情况

管道无数据有写端
管道无数据有读端

第一种情况，管道将会读阻塞，可以运行如下实例看看：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<string.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
	pid_t fd[2];
	int ret;
	char buf[1024];
	char *info = "Hello Pipe(from read)\n";

	ret = pipe(fd);	
	if (-1 == ret) {
		perror("pipe error!\n");	
		exit(1);
	}
	ret = fork();

	if (0 == ret) {
		printf("I'm child\n");
		close(fd[1]);
		
		while ((ret = read(fd[0], &buf, 1024)) > 0) {
			write(STDOUT_FILENO, &buf, ret);
		}
		close(fd[0]);
		printf("After read\n");
	} else if (ret > 0) {
		printf("I'm parent\n");
		close(fd[0]);

		//write(fd[1], info, strlen(info));
		
		sleep(10);
		printf("After sleep\n");
		close(fd[1]);
	} else {
		perror("fork error!\n");
		exit(1);
	}


	return 0;
}

代码结构和之前一样，为了构造管道无数据的情况，父进程中没有写入数据，而是sleep(10)，然后10s后输出"After sleep"且关闭管道写端fd[1]；子进程保持不变，由于管道中一直没有数据，会导致子进程管道的读端一直阻塞直到父进程关闭管道写端fd[1]。

程序输出如下：