了解C语言中的pipe()系统调用

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基本概念
父子进程共享管道
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基本概念

从概念上讲，管道是两个进程之间的连接，一个进程的标准输出成为另一个进程的标准输入。在UNIX操作系统中，管道用于进程间通信。

管道只是单向通信，即我们可以这样使用管道：一个进程向管道写入数据，另一个进程从管道读取数据。管道，是内存中被视为“虚拟文件”的一块区域。
管道可以被创建进程及其所有子进程读写。一个进程可以写入这个“虚拟文件”或管道，另一个相关进程可以从中读取。
如果在某个内容写入管道之前，某个进程试图读取该内容，则该进程将挂起，直到内容被写入。
管道系统调用在进程的打开文件表中找到前两个可用位置，并将其分配给管道的读取和写入端。

C语言语法：

int pipe(int fds[2]);参数：
fd[0] 将是管道读取端的fd（文件描述符）
fd[1] 将是管道写入端的fd
返回值：0表示成功，-1表示失败。

管道表现为FIFO（先进先出），管道实现类似队列数据结构。读写大小不是必须一致。在管道中，我们可以一次写入512字节，但可以一次只读取1字节。

// C program to illustrate
// pipe system call in C
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#define MSGSIZE 16
char* msg1 = "hello, world #1";
char* msg2 = "hello, world #2";
char* msg3 = "hello, world #3"; int main()
{ char inbuf[MSGSIZE]; int p[2], i; if (pipe(p) < 0) exit(1); /* continued *//* write pipe */write(p[1], msg1, MSGSIZE); write(p[1], msg2, MSGSIZE); write(p[1], msg3, MSGSIZE); for (i = 0; i < 3; i++) { /* read pipe */read(p[0], inbuf, MSGSIZE); printf("% s\n", inbuf); } return 0;
}

输出：

hello, world #1
hello, world #2
hello, world #3

父子进程共享管道

当我们在任何进程中使用fork时，文件描述符在子进程和父进程之间保持打开状态。如果我们在创建管道后调用fork，则父级和子级可以通过管道进行通信。

// C program to illustrate
// pipe system call in C
// shared by Parent and Child
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#define MSGSIZE 16
char* msg1 = "hello, world #1";
char* msg2 = "hello, world #2";
char* msg3 = "hello, world #3"; int main()
{ char inbuf[MSGSIZE]; int p[2], pid, nbytes; if (pipe(p) < 0) exit(1); /* continued */if ((pid = fork()) > 0) { write(p[1], msg1, MSGSIZE); write(p[1], msg2, MSGSIZE); write(p[1], msg3, MSGSIZE); // Adding this line will // not hang the program // close(p[1]); wait(NULL); } else { // Adding this line will // not hang the program // close(p[1]); while ((nbytes = read(p[0], inbuf, MSGSIZE)) > 0) printf("% s\n", inbuf); if (nbytes != 0) exit(2); printf("Finished reading\n"); } return 0;
}

输出：

hello world, #1
hello world, #2
hello world, #3
(hangs)         //program does not terminate but hangs

在此代码中，在完成读/写之后，父级和子级都阻塞而不是终止进程，这就是程序挂起的原因。

如果管道为空，并且我们调用read系统调用，那么如果没有进程打开写入端，则管道上的读取将返回EOF（返回值0）。
如果其他进程打开了管道进行写入，则read将阻塞，以等待新的数据，因此代码输出挂起，因为写入端的父进程和子进程没有关闭。

参考文档

[1]Kadam Patel.pipe() System call[EB/OL].https://www.geeksforgeeks.org/pipe-system-call/,2019-06-12.

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