一、管道的概念
管道是一种两个进程间进行单向通信的机制。 管道是一种最基本的IPC机制，作用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。调用pipe系统函数即可创建一个管道。管道又分为匿名管道和命名管道。管道有如下特质：
（1）其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)
（2） 由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。
（3） 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出。
匿名管道的特征：
（1）只能进行单向通信；
（2）只适用于有血缘关系之间的进程；
（3）自带同步基质；
（4）在进行通信时面向字节流服务；
（5）生命进程随周期。
管道的原理: 管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。
因为管道传递数据的单向性，管道又称为半双工管道。管道的这一特点决定了器使用的局限性。
管道的局限性：
① 数据自己读不能自己写。
② 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。
③ 由于管道采用半双工通信方式。因此，数据只能在一个方向上流动。
④ 只能在有公共祖先的进程间使用管道。
常见的通信方式有，单工通信、半双工通信、全双工通信。
pipe函数
创建管道
int pipe(int pipefd[2]); 成功：0；失败：-1，设置errno
函数调用成功返回r/w两个文件描述符。无需open，但需手动close。规定：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0对应标准输入，1对应标准输出一样。向管道文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。
管道创建成功以后，创建该管道的进程（父进程）同时掌握着管道的读端和写端。如何实现父子进程间通信呢？通常可以采用如下步骤：
1. 父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的读端和写端。
2. 父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。
3. 父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。由于管道是利用环形队列实现的，数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信。
使用管道需要注意以下4种特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志）：
1. 如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端引用计数为0），而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。
2. 如果有指向管道写端的文件描述符没关闭（管道写端引用计数大于0），而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。
3. 如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道读端引用计数为0），这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。当然也可以对SIGPIPE信号实施捕捉，不终止进程。具体方法信号章节详细介绍。
4. 如果有指向管道读端的文件描述符没关闭（管道读端引用计数大于0），而持有管道读端的进程也没有从管道中读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，直到管道中有空位置了才写入数据并返回。
总结：
① 读管道：
1. 管道中有数据，read返回实际读到的字节数。
2. 管道中无数据：
(1) 管道写端被全部关闭，read返回0 (好像读到文件结尾)
(2) 写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)
② 写管道：
1. 管道读端全部被关闭， 进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止)
2. 管道读端没有全部关闭：
(1) 管道已满，write阻塞。
(2) 管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。
命名管道（FIFO）:
FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存储于文件系统中。命名管道是一个设备文件，因此，即使进程与创建FIFO的进程不存在亲缘关系，只要可以访问该路径，就能够通过FIFO相互通信。值得注意的是，FIFO(first input first output)总是按照先进先出的原则工作，第一个被写入的数据将首先从管道中读出。
命名管道是通过网络来完成进程之间的通信的，命名管道依赖于底层网络接口，其中包括有 DNS 服务，TCP/IP 协
议 等等机制，但是其屏蔽了底层的网络协议细节。
命名管道的创建与读写
Linux下有两种⽅式创建命名管道。一是在Shell下交互地建立一个命名管道，一是在程序中使用系统函数建立命名管
道。Shell方式下可使用mknod或mkfifo命令，下面命令使用mknod创建了一个命名管道：
mknod namedpipe
创建命名管道的系统函数有两个：mknod和mkfifo。两个函数均定义在头文件sys/stat.h，
函数原型如下
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mknod(const char *path,mode_t mod,dev_t dev);
int mkfifo(const char *path,mode_t mode);
函数mknod参数中path为创建的命名管道的全路径名：mod为创建的命名管道的模式，指明其存取权限；dev为设
备值，该值取决于文件创建的种类，它只在创建设备文件时才会用到。这两个函数调用成功都返回0，失败都返回
－1。
我们可以使用两下函数之一来创建一个命名管道，他们的原型如下：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);
int mknod(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t)0);
这两个函数都能创建一个FIFO文件，注意是创建一个真实存在于文件系统中的文件，filename指定了文件名，
而mode则指定了文件的读写权限。mknod是比较老的函数，而使用mkfifo函数更加简单和规范，所以建议在可能的
情况下，尽量使用mkfifo而不是mknod。
mkfifo函数的作用是在文件系统中创建一个文件，该文件用于提供FIFO功能，即命名管道。前边讲的那些管道都没有
名字，因此它们被称为匿名管道，或简称管道。对文件系统来说，匿名管道是不可见的，它的作用仅限于在父进程和
子进程两个进程间进行通信。而命名管道是一个可见的文件，因此，它可以用于任何两个进程之间的通信，不管这两
个进程是不是父子进程，也不管这两个进程之间有没有关系。
下面就用一个例子程序来说明一下，两个进程如何通过FIFO实现通信吧。这里有两个源文件，一个fifo write.c，它在需要时创建管道，然后向管道写入数据,数据由文件Data.txt提供，大小为10M，内容全是字符‘0’。另一个源文件为fifo read.c，它从FIFO中读取数据，并把读到的数据保存到另一个文件DataFormFIFO.txt中。为了让程序更加简洁，忽略了有些函数调用是否成功的检查。