无名管道

1 无名管道概述

管道(pipe)又称无名管道。无名管道是一种特殊类型的文件，在应用层体现为两个打开的文件描述符。

管道是最古老的UNIX IPC（进程间通信方式）方式，其特点是：

半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动。

数据只能从管道的一端写入，从另一端读出。

写入管道中的数据遵循先入先出的规则。

管道所传送的数据是无格式的，这要求管道的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式，如多少字节算一个消息等。

管道不是普通的文件，不属于某个文件系统，其只存在于内存(内核内存中，而不是进程内存中)中。

管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。

从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走，它就从管道中被抛弃，释放空间以便写更多的数据。

管道没有名字，只能在具有血缘关系(公共祖先)的进程之间使用。

2 无名管道的创建

经由参数filedes返回两个文件描述符

#include <unistd.h>int pipe(int filedes[2]);参数：filedes为int型数组的首地址，其存放了管道的文件描述符fd[0]、fd[1]filedes[0]为读而打开，filedes[1]为写而打开管道返回值：成功：0失败：-1

注：在使用无名管道的时候，必须事先确定谁发，谁收

例：父进程发、子进程收

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>int main(int argc, char const *argv[])
{//创建一个无名管道//父进程发、子进程收int fd[2];pipe(fd);//创建一个子进程pid_t pid = fork();if(pid == 0)        //子进程{//子进程的写端无意义（可以事先关闭）close(fd[1]);//子进程接受父进程消息printf("子进程%d正在等待父进程的消息\n",getpid());unsigned char buf[128] = "";read(fd[0], buf, sizeof(buf));printf("子进程%d读到的消息为：%s\n", getpid(), buf);//子进程读完数据，应该关闭读端close(fd[0]);//显示退出_exit(-1);}else if(pid > 0)     //父进程{//父进程的读端无意义（可以事先关闭）close(fd[0]);//写段写入数据printf("父进程：%d将3秒后写入数据hello pipe\n", getpid());sleep(3);write(fd[1], "hello pipe", strlen("hello pipe"));printf("父进程：%d完成写入\n", getpid());//通信完成，应该关闭写端close(fd[1]);//等待子进程退出wait(NULL);}return 0;
}

注：为什么无名管道不需要名字，且只能血缘关系通信？
　　因为父进程创建好管道后再创建子进程，子进程会连同管道一起复制，这样父子进程就能操作同一管道了。

3 无名管道读写的特点

默认用read函数从管道中读数据是阻塞的。

调用write函数向管道里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞。

通信过程中，读端口全部关闭后，写进程向管道内写数据时，写进程会（收到SIGPIPE(管道退出)信号）退出。|

例：管道写数据，缓冲区满时阻塞

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>int main(int argc, char const *argv[])
{//创建一个无名管道//父进程发、子进程收int fd[2];pipe(fd);//创建一个子进程pid_t pid = fork();if(pid == 0)        //子进程{getchar();//显示退出_exit(-1);}else if(pid > 0)    //父进程{int i = 0;for(i = 0; i < 1000; i++){char buf[128] = "";write(fd[1], buf, 128);printf("i=%d\n",i+1);}//等待子进程退出wait(NULL);}return 0;
}

例：读端口全部关闭后，写进程向管道内写数据时，写进程会（收到SIGPIPE(管道退出)信号）退出

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>int main(int argc, char const *argv[])
{//创建一个无名管道//父进程发、子进程收int fd[2];pipe(fd);//创建一个子进程pid_t pid = fork();if(pid == 0)        //子进程{//子进程的写端无意义（可以事先关闭）close(fd[1]);int i = 0;while(1){//子进程接受父进程消息printf("子进程%d正在等待父进程的消息\n",getpid());unsigned char buf[128] = "";read(fd[0], buf, sizeof(buf));printf("子进程%d读到的消息为：%s\n", getpid(), buf);if(++i == 3){break;}}//子进程读完数据，应该关闭读端close(fd[0]);//显示退出_exit(-1);}else if(pid > 0)    //父进程{//父进程的读端无意义（可以事先关闭）close(fd[0]);while(1){//写段写入数据printf("父进程：%d将3秒后写入数据hello pipe\n", getpid());sleep(3);write(fd[1], "hello pipe", strlen("hello pipe"));printf("父进程：%d完成写入\n", getpid());}//通信完成，应该关闭写端close(fd[1]);//等待子进程退出wait(NULL);}return 0;
}

4 无名管道综合案例

例：完成 ps -A | grep bash命令

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>int main(int argc, char const *argv[])
{//创建无名管道int fd[2];pipe(fd);//创建两个子进程int i = 0;for(i = 0; i < 2; i++){pid_t pid = fork();if( pid == 0)break;}if(i == 0) //子进程1{// ps -A 写段//读端无意义，可以事先关闭close（fd[0]);//1要作为fd[1]的副本dup2(fd[1],1);//执行ps -Aexeclp("ps","ps","-A",NULL);_exit(-1)}else if(i == 1) //子进程2{//grap bash 读端//写端无意义 可以事先关闭close(fd[1]);//0作为fd[0]的副本dup2(fd[0],0);//执行grep bashexeclp("grep","grep","bash",NULL);_exit(-1);}else if(i ==2) //父进程{//关闭管道读写端close(fd[0]);close(fd[1]);while(1){pid_t pid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG);if(pid > 0){printf("子进程%d退出了\n", pid);}else if(pid == 0){continue;}else if(pid < 0){break;}}}rturn 0;
}

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