Pipe(管道)的一些理解
Pipe(管道)的一些理解
管道的概念
管道是操作系统中常见的一种进程间通信方式,它使用于所有POSIX系统以及Windows系列产品。
管道也是unix ipc的最老形式,管道有两种限制:
- 数据自己读不能自己写
- 它们是半双工的。数据只能在一个方向上流动。
- 数据一旦被读走,便不在管道中存在,不可反复读取。
- 它们只能在具有公共祖先的进程之间使用。通常,一个管道由一个进程创建,然后该进程调用fork,此后父、子进程之间就可应用该管道。
管道的创建
管道由pipe函数创建而成pipe(pipe_fd)
经由参数pipe_fd返回两个文件描述符,pipe_fd[0]为读而打开,pipe_fd[1]为写而打开。pipe_fd[1]的输出是pipe_fd[0]的输入。
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。
具体通信过程如上图所示
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。
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。
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。
管道的读写行为
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。
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。
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。
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。
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main()
{int pipe_fd[2];pid_t child_pid;char pipe_buf;memset(pipe_fd, 0, sizeof(pipe_fd));if(pipe(pipe_fd) == -1) {return -1;}child_pid = fork();if(child_pid == -1) {return -1;}if(child_pid == 0) {close(pipe_fd[1]);while(read(pipe_fd[0], &pipe_buf, 1) > 0) {write(STDOUT_FILENO, &pipe_buf, 1);printf("\npipe_buf is %c\n", pipe_buf);printf("\nsuccess\n");} close(pipe_fd[0]);return 0;} else {close(pipe_fd[0]);write(pipe_fd[1], "H", 1);close(pipe_fd[1]);wait(NULL);return 0;}
}
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