在Linux系统编程中，管道是一种常用的进程间通信方式。它可以实现父子进程之间或者兄弟进程之间的数据传输。本文将介绍如何使用管道在Linux系统中进行进程通信，并给出相应的代码示例。
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1. 管道的概念
管道是一种特殊的文件，它提供了一个缓冲区用于进程间的数据传输。管道可以分为两种类型：匿名管道和命名管道。
- 匿名管道：匿名管道是一种临时的管道，只能在有亲缘关系的进程之间使用，通常用于父子进程之间的通信。匿名管道只能在创建它的进程及其子进程之间使用，其他进程无法访问。
- 命名管道：命名管道是一种有名字的管道，可以在不同的进程之间进行通信。命名管道通过在文件系统中创建一个文件来实现，进程可以通过该文件来读写数据。
在本文中，我们将重点介绍匿名管道的使用。
2. 管道的创建和使用
2.1 原型
在Linux系统中，可以使用pipe函数来创建一个管道。pipe函数的原型如下：
int pipe(int pipefd[2]);
pipefd是一个整型数组，用于存储管道的读写文件描述符。pipefd[0]用于读取管道中的数据，pipefd[1]用于写入管道中的数据。
2.2 示例
下面是一个简单的示例代码，演示了如何使用管道进行父子进程之间的通信：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main() {
int pipefd[2];
pid_t pid;
char buf[1024];
// 创建管道
if (pipe(pipefd) == -1) {
perror("pipe");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 创建子进程
pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (pid == 0) {
// 子进程写入数据到管道
close(pipefd[0]); // 关闭读取端
char* msg = "Hello, parent!";
write(pipefd[1], msg, strlen(msg) + 1);
close(pipefd[1]); // 关闭写入端
exit(EXIT_SUCCESS);
} else {
// 父进程读取管道中的数据
close(pipefd[1]); // 关闭写入端
read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));
printf("Received message from child: %s\n", buf);
close(pipefd[0]); // 关闭读取端
exit(EXIT_SUCCESS);
}
}
在上述代码中，首先使用pipe函数创建了一个管道。然后使用fork函数创建了一个子进程。子进程使用write函数将数据写入管道，父进程使用read函数从管道中读取数据。
3. 父子进程通信
父进程创建管道，并创建子进程后，父进程通过管道向子进程发送数据，子进程通过管道接收父进程发送的数据。
下面是一个示例代码，演示了父子进程之间使用管道进行通信的过程：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main() {
int pipefd[2];
pid_t pid;
char buf[1024];
// 创建管道
if (pipe(pipefd) == -1) {
perror("pipe");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 创建子进程
pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (pid == 0) {
// 子进程读取管道中的数据
close(pipefd[1]); // 关闭写入端
read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));
printf("Received message from parent: %s\n", buf);
close(pipefd[0]); // 关闭读取端
exit(EXIT_SUCCESS);
} else {
// 父进程写入数据到管道
close(pipefd[0]); // 关闭读取端
char* msg = "Hello, child!";
write(pipefd[1], msg, strlen(msg) + 1);
close(pipefd[1]); // 关闭写入端
exit(EXIT_SUCCESS);
}
}
在上述代码中，首先使用pipe函数创建了一个管道。然后使用fork函数创建了一个子进程。子进程使用read函数从管道中读取数据，父进程使用write函数将数据写入管道。
4. 兄弟进程间通信
要实现兄弟进程之间的通信，可以使用命名管道（named pipe）或者共享内存（shared memory）来实现。
-
使用命名管道（named pipe）：
- 兄弟进程可以通过创建一个命名管道来进行通信。
- 一个兄弟进程将数据写入命名管道，另一个兄弟进程从命名管道中读取数据。
- 兄弟进程需要使用相同的命名管道名称来进行通信。
- 可以使用
mkfifo函数创建命名管道，使用open函数打开管道进行读写操作。
-
使用共享内存（shared memory）：
- 兄弟进程可以通过创建一个共享内存区域来进行通信。
- 一个兄弟进程将数据写入共享内存，另一个兄弟进程从共享内存中读取数据。
- 兄弟进程需要使用相同的共享内存标识符来进行通信。
- 可以使用
shmget函数创建共享内存，使用shmat函数将共享内存附加到进程的地址空间中进行读写操作。
下面是一个使用命名管道的示例代码，演示了兄弟进程之间的通信过程：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
int main() {
pid_t pid;
char buf[1024];
const char* fifoName = "/tmp/myfifo";
// 创建命名管道
mkfifo(fifoName, 0666);
// 创建子进程
pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (pid == 0) {
// 子进程从命名管道中读取数据
int fd = open(fifoName, O_RDONLY);
read(fd, buf, sizeof(buf));
printf("Received message from sibling: %s\n", buf);
close(fd);
exit(EXIT_SUCCESS);
} else {
// 父进程向命名管道中写入数据
int fd = open(fifoName, O_WRONLY);
char* msg = "Hello, sibling!";
write(fd, msg, strlen(msg) + 1);
close(fd);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
}
在上述代码中，首先使用mkfifo函数创建了一个命名管道。然后使用fork函数创建了一个子进程。子进程使用open函数打开命名管道并从中读取数据，父进程使用open函数打开命名管道并向其中写入数据。
5. fifo函数
下面是一个使用mkfifo和open函数的示例代码，演示了兄弟进程之间的通信过程：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
int main() {
pid_t pid;
char buf[1024];
const char* fifoName = "/tmp/myfifo";
// 创建命名管道
mkfifo(fifoName, 0666);
// 创建子进程
pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (pid == 0) {
// 子进程从命名管道中读取数据
int fd = open(fifoName, O_RDONLY);
read(fd, buf, sizeof(buf));
printf("Received message from sibling: %s\n", buf);
close(fd);
exit(EXIT_SUCCESS);
} else {
// 父进程向命名管道中写入数据
int fd = open(fifoName, O_WRONLY);
char* msg = "Hello, sibling!";
write(fd, msg, strlen(msg) + 1);
close(fd);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
}
在上述代码中，首先使用mkfifo函数创建了一个命名管道。然后使用fork函数创建了一个子进程。子进程使用open函数打开命名管道并从中读取数据，父进程使用open函数打开命名管道并向其中写入数据。
6. fifo实现血缘关系进程间通信
下面是一个使用命名管道实现非血缘关系进程间通信的示例代码：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
int main() {
pid_t pid;
char buf[1024];
const char* fifoName = "/tmp/myfifo";
// 创建命名管道
mkfifo(fifoName, 0666);
// 创建子进程
pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (pid == 0) {
// 子进程向命名管道中写入数据
int fd = open(fifoName, O_WRONLY);
char* msg = "Hello, sibling!";
write(fd, msg, strlen(msg) + 1);
close(fd);
exit(EXIT_SUCCESS);
} else {
// 父进程从命名管道中读取数据
int fd = open(fifoName, O_RDONLY);
read(fd, buf, sizeof(buf));
printf("Received message from sibling: %s\n", buf);
close(fd);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
}
在上述代码中，首先使用mkfifo函数创建了一个命名管道。然后使用fork函数创建了一个子进程。子进程使用open函数打开命名管道并向其中写入数据，父进程使用open函数打开命名管道并从中读取数据。
7. 管道的特性和限制
管道作为一种进程间通信方式，具有以下特性和限制：
- 管道是半双工的，即数据只能在一个方向上流动。
- 管道是有限长度的，一旦写满了数据，继续写入会被阻塞，直到有进程读取数据后才能继续写入。
- 管道只能在有亲缘关系的进程之间使用，即父子进程或者兄弟进程之间。
8. 总结
-
fifo函数：在C标准库中没有名为fifo的函数。 -
命名管道（FIFO）：命名管道是一种特殊的文件，可以在文件系统中创建，并且可以被不同的进程打开和读写。使用
mkfifo函数可以创建命名管道。 -
兄弟进程间通信：兄弟进程是指由同一个父进程创建的多个子进程。兄弟进程间通信可以使用命名管道实现，其中一个进程向命名管道写入数据，另一个进程从命名管道读取数据。
-
非血缘关系进程间通信：非血缘关系的进程是指没有共同的父进程的进程。非血缘关系进程间通信同样可以使用命名管道实现，其中一个进程向命名管道写入数据，另一个进程从命名管道读取数据。