linux管道通信

最近学了进程同步，一些东西很容易忽视，故写出以下内容加强记忆，欢迎指正！

首先谈一下管道（即无名管道），它具有以下特点：

1-1 管道特点：

管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道；
只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）；
单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。
数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

1-2 管道的创建：

#include<unistd.h>

int pipe(int pipe_fd[2]);

该函数创建的管道的两端处于一个进程中间，在实际应用中没有太大意义，因此，一个进程在由pipe()创建管道后，一般再fork一个子进程，然后通过管道实现父子进程间的通信（因此也不难推出，只要两个进程中存在亲缘关系，这里的亲缘关系指的是具有共同的祖先，都可以采用管道方式来进行通信）。

1-3 管道读写规则总结

管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字fd[0]表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1]来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。

1-3-1 从管道中读取数据：

如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量

验证如下

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> 
#include <errno.h> 

main() 
{   int pipe_fd[2]; 
  pid_t pid;  char r_buf[100]; 
  char w_buf[4];  char* p_wbuf; 
  int r_num;  int cmd;   
  memset(r_buf,0,sizeof(r_buf)); 
  memset(w_buf,0,sizeof(r_buf)); 
  p_wbuf=w_buf; 

 if(pipe(pipe_fd)<0) 
 {    printf("pipe create error\n");  

  return -1; 
 }  
  if((pid=fork())==0)  

{    printf("\n");   
      close(pipe_fd[1]);  
      sleep(3);//确保父进程关闭写端    
         r_num=read(pipe_fd[0],r_buf,100);
       printf( "read num is %d   the data read from the pipe is %d\n",r_num,atoi(r_buf));     
 close(pipe_fd[0]);   
 exit();  
} 
 else if(pid>0) 
 {   close(pipe_fd[0]);//read  
 strcpy(w_buf,"1234"); 
  if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)!=-1)  
  printf("parent write over\n");
       close(pipe_fd[1]);//write 
   printf("parent close fd[1] over\n"); 
  sleep(10); 
 }  
}

运行结果如下：

parent write over

parent close fd[1] over

read num is 4 the data read from the pipe is 1234

注：管道写端关闭后，写入的数据将一直存在，直到读出为止.

1-3-2 向管道中写数据：

**只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。否则，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号，应用程序可以处理该信号，也可以忽略（默认动作则是应用程序终止）。

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
main() {  int pipe_fd[2]; 
           pid_t pid;  
 char r_buf[4];  
 char* w_buf; 
        int writenum; 
        int cmd;    
 memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
       if(pipe(pipe_fd)<0) 
        {   printf("pipe create error\n");   return -1;  
 }   
        if((pid=fork())==0)  
 {   close(pipe_fd[0]);   
  close(pipe_fd[1]);  
         sleep(10);   
         exit();  
 } 
       
 else if(pid>0)  
 
 {  
  sleep(1);  //等待子进程完成关闭读端的操作
 close(pipe_fd[0]);//一处
         w_buf="111"; 
  if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4))==-1)  
         printf("write to pipe error\n"); 
  else   

           printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum);   
 //close(pipe_fd[0]);//二处
     close(pipe_fd[1]); 
        } 
}

运行结果会出现段错误

如果把下面的二处打开，关闭一处，则会成功，可以试一下

** 向管道中写入数据时，linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将一直阻塞

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
main(int argc,char**argv)
{     int pipe_fd[2];  
 pid_t pid;  
 char r_buf[4096]; 
        char w_buf[4096*2]; 
        int writenum;  
 int rnum; 

 memset(r_buf,0,sizeof(r_buf)); 
        if(pipe(pipe_fd)<0)  
 {   printf("pipe create error\n");  
         return -1; 
        }   
        if((pid=fork())==0) 
        {  
         close(pipe_fd[1]);  
         while(1) 
         {  
          sleep(1); 
        rnum=read(pipe_fd[0],r_buf,2048); 
                       printf("child: readnum is %d\n",rnum);   
                  memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));  
   }   close(pipe_fd[0]);    
         exit();  
        }  
 else if(pid>0)  
     {
         close(pipe_fd[0]);//write 
            if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,1024))==-1) 
        printf("write to pipe error\n");
        else    
  printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum); 
                
            if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4096))==-1) 
        printf("write to pipe error\n");
        else    
  printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum); 

                
                
                close(pipe_fd[1]);  
     }  
}

输出结果：the bytes write to pipe is 1024

child: readnum is 2048//此句话可以说明读入数据非原子性

child: readnum is 2048

child: readnum is 1024

child: readnum is 0

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