【博客167】IPC(进程间通信)——管道的原子性

内容： 管道其实是内存里的一块环形缓冲区，管道在使用的时候不一定都是原子性的

管道的大小：

管道的大小就是图中的pipe size: 512bytes × 8 = 4KB，
(其
中，512代表一个扇区的大小，8表示用了8个扇区，所以是4KB，大小可调节)

阻塞与非阻塞对使用管道的区别：

当没有数据可读时
    O_NONBLOCK disable：read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止。
    O_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。
当管道满的时候
    O_NONBLOCK disable： write调用阻塞，直到有进程读走数据
    O_NONBLOCK enable：调用返回-1，errno值为EAGAIN

如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0
如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE

管道的写入原子性：

当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux保证写入的原子性。
当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。

注意：虽然ulimit -a显示管道大小为4KB，但是实际写满是需要写入65536字节满的。也就是你一次性写入
     的容量大于65536字节时，原子性就得不到保障了
     

管道的容量与管道的缓冲区：

管道的大小用ulimit -a查询得到的是：4KB。但是为什么可以写65536个字节呢？

原因：ulimit -a查出来的管道缓冲区大小，也就是pipe_buf的大小，管道容量：pipe_capacity并不是
     这么大。
     pipe_buf ：4KB
     pipe_capacity ：pipe_buf × pipe_buf的数量 = 4KB × 16 = 65536字节

pipe_buf数量可以在内核的pipe文件中看到：16个 (大家可以在自己的linux系统查pipe头文件查看)

大数据下管道原子性测试： 借用一下网上的代码修改成小数据和大数据测试

情况一：写入10KB时

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

#define SIZE 10*1024 //10KB

int main() {

    char A[SIZE];
    char B[SIZE];
         
    memset(A, 'A', sizeof(A));
    memset(B, 'B', sizeof(B));
         
    int pipefd[2];    
    if(pipe(pipefd) < 0) {
        perror("create pipe error\n");    
        return -1;    
    }    
         
    int ret = 0;
         
    pid_t pid = fork();
    if(pid < 0 ) {
        perror("do fork error\n");
        return -1;
    }
    else if(pid == 0) {
        close(pipefd[0]);    
        ret = write(pipefd[1], A, sizeof(A));
        printf("Child process [%d] wrote %d bytes of process_1 to the pipeline.\n", getpid(), ret);    
        exit(0);    
    }        
             
    pid = fork();    
    if(pid < 0 ) {    
        perror("fork error");    
        return -1;    
    }        
    else if(pid == 0) {
        close(pipefd[0]);    
        ret = write(pipefd[1], B, sizeof(B)); 
        printf("Child process [%d] wrote %d bytes of process_2 to the pipeline.\n", getpid(), ret);    
        exit(0);    
    }        
             
    close(pipefd[1]);    
    sleep(1); //休眠1s，确保父子进程的写端都已关闭    
    int n = 0;    
    while(1) {    
        char buf[4*1024] = {0};    
        ret = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf)); 
        if(ret == 0) { 
            printf("data read out.\n");    
            break;    
        }    
        printf("%2d: Parent process [%d] read %d bytes from the pipeline, buf[4095] = %c\n", ++n, getpid(), ret, buf[4095]);           
    }        
             
    return 0;    
}

运行结果：此时写入是原子性的

情况二：写入100KB时
运行结果：此时写入不是原子性的

大四学生一枚，如果文章有错误的地方，欢迎在下方提出，每条评论我都会去认真看并回复，同时感谢指正的前辈。有喜欢C/C++，linux的同学欢迎私信一起讨论学习。