进程间通信之管道通信【Linux】

一、什么是管道

UNIX系统在OS的发展上，最重要的贡献之一便是该系统首创了管道（pipe）。这也是UNIX系统的一大特色。所谓管道，是指能够连接一个写进程和一个读进程的、并允许它们以生产者—消费者方式进行通信的一个共享文件，又称为pipe文件。由写进程从管道的写入端（句柄1）将数据写入管道，而读进程则从管道的读出端（句柄0）读出数据。

二、管道的类型

1、有名管道

一个可以在文件系统中长期存在的、具有路径名的文件。用系统调用mknod( )建立。它克服无名管道使用上的局限性，可让更多的进程也能利用管道进行通信。因而其它进程可以知道它的存在，并能利用路径名来访问该文件。对有名管道的访问方式与访问其他文件一样，需先用open( )打开。

2、无名管道

一个临时文件。利用pipe( )建立起来的无名文件（无路径名）。只用该系统调用所返回的文件描述符来标识该文件，故只有调用pipe( )的进程及其子孙进程才能识别此文件描述符，才能利用该文件（管道）进行通信。当这些进程不再使用此管道时，核心收回其索引结点。

二种管道的读写方式是相同的，本文只讲无名管道。

3、pipe文件的建立

分配磁盘和内存索引结点、为读进程分配文件表项、为写进程分配文件表项、分配用户文件描述符

4、读/写进程互斥

内核为地址设置一个读指针和一个写指针，按先进先出顺序读、写。

为使读、写进程互斥地访问pipe文件，需使各进程互斥地访问pipe文件索引结点中的直接地址项。因此，每次进程在访问pipe文件前，都需检查该索引文件是否已被上锁。若是，进程便睡眠等待，否则，将其上锁，进行读/写。操作结束后解锁，并唤醒因该索引结点上锁而睡眠的进程。

三、所涉及的系统调用

1、pipe( )

建立一无名管道。

系统调用格式

pipe(filedes)

参数定义

int pipe(filedes);

int filedes[2];

其中，filedes[1]是写入端，filedes[0]是读出端。

该函数使用头文件如下：

#include <unistd.h>

#inlcude <signal.h>

#include <stdio.h>

2、read( )

系统调用格式

read(fd,buf,nbyte)

功能：从fd所指示的文件中读出nbyte个字节的数据，并将它们送至由指针buf所指示的缓冲区中。如该文件被加锁，等待，直到锁打开为止。

参数定义

int read(fd,buf,nbyte);

int fd;

char *buf;

unsigned nbyte;

3、write( )

系统调用格式

write(fd,buf,nbyte)

功能：把nbyte 个字节的数据，从buf所指向的缓冲区写到由fd所指向的文件中。如文件加锁，暂停写入，直至开锁。

参数定义同read( )。

四、编写程序

用系统调用pipe( )建立一管道，二个子进程P1和P2分别向管道各写一句话：

Child 1 is sending a message!

Child 2 is sending a message!

父进程从管道中读出二个来自子进程的信息并显示（要求先接收P1，后P2）。

#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int pid1, pid2;
int main( )
{
    int fd[2];
    char outpipe[100], inpipe[100];
    pipe( fd );                         /*创建一个管道*/
    while( ( pid1 = fork( ) ) == -1 );
    if( pid1 == 0 )
    {
        sprintf( outpipe, "child 1 process is sending message!" );
                                        /*把串放入数组outpipe中*/
        write( fd[1], outpipe, 50 );     /*向管道写长为50字节的串*/
    }
    else
    {
		wait(0);						/*父进程1等待子进程1写数据*/
        while( ( pid2 = fork( ) ) == -1 );
        if( pid2 == 0 )
        {   
            sprintf( outpipe, "child 2 process is sending message!" );
            write( fd[1], outpipe, 50 );
            exit( 0 );
        }
        else
        {   wait( 0 );                  /*父进程2等待子进程2写数据*/
            read( fd[0], inpipe, 50 );  /*从管道中读长为50字节的串*/
            printf( "%s\n", inpipe );   /*读子进程1的数据*/
            
            read( fd[0], inpipe, 50 );  /*读子进程2的数据*/
            printf( "%s\n", inpipe );
            exit( 0 );
        }
    }
}

运行结果

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