一、概述

在Linux系统中，以进程为单位来分配和管理资源。
由于保护的缘故，一个进程不能直接访问另一个进程的资源，也就是说，进程之间互相封闭。
在一个复杂的应用系统中，通常会使用多个相关的进程来共同完成一项任务，因此要求进程之间必须能够互相通信，从而来共享资源和信息。
所以，一个操作系统内核必须提供进程间的通信机制。

管道

管道和有名管道是最早的进程间通信机制之一，管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。

管道是指用于连接一个读进程和一个写进程，以实现它们之间通信的共享方式，又称pipe文件。

管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特点：

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。

管道是所有Unix都提供的一种IPC机制

一个进程将数据写入管道，另一个进程从管道中读取数据

在shell中使用管道的例子

命令：“ls | more”

使用pipeline “|”将两个命令”ls”和“more”连接起来，使得ls的输出成为more的输入

也可以使用如下的两个命令

命令1：“ls > tmp”

命令2：”more < tmp”

命令1把ls的输出重定向到tmp文件中；

命令2把more的输入重定向到tmp文件

创建管道

管道的创建：
#include <unistd.h>
int pipe(int 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。

注意：fd[0] 用于读取管道，fd[1] 用于写入管道。

管道读写

管道主要用于不同进程间通信。实际上，通常先创建一个管道，再通过fork函数创建一个子进程。

子进程写入和父进程读的命名管道：

管道的读写规则

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。

系统文件 write(fd[1],buf,size)

功能：把buf中的长度为size字符的消息送入管道入口fd[1]
fd[1]—pipe入口
buf:存放消息的空间
size :要写入的字符长度

系统文件 read(fd[0],buf,size)

功能：从pipe出口fd[0]读出size字符的消息置入 buf中。
fd[0]――Pipe的出口

进程通信 管道 (pipe系统调用）

pipe(fd): 创建一个管道，fd[0]为管道的读端；fd[1]为管道的写端。 管道可用来实现父进程与其子孙进程之间的通信。管道以FIFO方式传送消息。

#include <stdio.h>
......
main()
{ int x,fd[2]; char buf[30],s[30]; pipe(fd); /*创建管道*/ while((x=fork()) = = -1); /*创建子进程失败时，循环*/ if(x = = 0) { sprintf(buf,“This is an example\n”); write(fd[1],buf,30); /*把buf中的字符写入管道*/ exit(0); } wait(); read(fd[0],s,30); /*父进程读管道中的字符*/ printf(“%s”,s);
}

有名管道

管道应用的一个重大限制是它没有名字，因此，只能用于具有亲缘关系的进程间通信，在有名管道（named pipe或FIFO）提出后，该限制得到了克服。

FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信（能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间）。

因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是，FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。

有名管道的创建

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)

该函数的第一个参数是一个普通的路径名，也就是创建后FIFO的名字。
第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode 参数相同。
如果mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时，会返回EEXIST错误，所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误，如果确实返回该错误，那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。一般文件的I/O函数都可以用于FIFO，如close、read、write等等。

有名管道比管道多了一个打开操作：open。

FIFO的打开规则：

如果当前打开操作是为读而打开FIFO时，若已经有相应进程为写而打开该FIFO，则当前打开操作将成功返回；否则，可能阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO（当前打开操作设置了阻塞标志）；或者，成功返回（当前打开操作没有设置阻塞标志）。

如果当前打开操作是为写而打开FIFO时，如果已经有相应进程为读而打开该FIFO，则当前打开操作将成功返回；否则，可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO（当前打开操作设置了阻塞标志）；或者，返回ENXIO错误（当前打开操作没有设置阻塞标志）。

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
main()
{ char buffer[80]; int fd; char *FIFO=“pipe1”; mkfifo(FIFO,0666); if(fork()>0){ char s[ ] = "hello!\n";fd = open (FIFO,O_WRONLY); write(fd,s,sizeof(s)); close(fd); } else{ fd= open(FIFO,O_RDONLY);read(fd,buffer,80); printf("%s",buffer); close(fd); }
}

管道的局限性

从IPC的角度看，管道提供了从一个进程向另一个进程传输数据的有效方法。但是，管道有一些固有的局限性：

1.因为读数据的同时也将数据从管道移去，因此，管道不能用来对多个接收者广播数据。
2.管道中的数据被当作字节流，因此无法识别信息的边界。

如果一个管道有多个读进程，那么写进程不能发送数据到指定的读进程。同样，如果有多个写进程，那么没有办法判断是它们中哪一个发送的数据。