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📄 linux环境进程间通信（一）：管道及有名管道.htm

📁 描述unix,linux下进程间通信方式
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              <TR>
                <TD align=right>
                  <TABLE border=0 cellPadding=3 cellSpacing=0 width="98%">
                    <TBODY>
                    <TR>
                      <TD><A 
                        href="http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/cnedu.nsf/linux-onlinecourse-bytitle?OpenView&amp;Count=500">教程</A></TD></TR>
                    <TR>
                      <TD><A 
                        href="http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/cntools.nsf/dw/linux-codelib-byname?OpenDocument&amp;Count=500">工具与产品</A></TD></TR>
                    <TR>
                      <TD><A 
                        href="http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/cntools.nsf/dw/linux-projects-byname?OpenDocument&amp;Count=500">代码与组件</A></TD></TR>
                    <TR>
                      <TD><A 
                        href="http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/cnpapers.nsf/linux-papers-bynewest?OpenView&amp;Count=500">文章</A></TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR></TBODY></TABLE><!-- End Related dW Content Area-->
            <TABLE border=0 cellPadding=0 cellSpacing=0 width=160>
              <TBODY>
              <TR>
                <TD bgColor=#000000 colSpan=2 height=2 width=150><IMG alt="" 
                  height=2 src="Linux环境进程间通信（一）：管道及有名管道.files/c.gif" 
                width=160></TD></TR>
              <TR>
                <TD bgColor=#ffffff colSpan=2 height=2 width=150><IMG alt="" 
                  height=2 src="Linux环境进程间通信（一）：管道及有名管道.files/c.gif" 
                width=160></TD></TR></TBODY></TABLE><!-- END STANDARD SIDEBAR AREA--></TD></TR></TBODY></TABLE><!-- START SUBTITLE AND CONTENT-->
      <P><A 
      href="http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/l-ipc/part1/index.shtml#author1">郑彦兴</A> 
      (<A href="mailto:mlinux@163.com">mlinux@163.com</A>) <BR>2002 年 11 
      月</P><SPAN class=atitle2>管道及有名管道</SPAN> 
      <BLOCKQUOTE>在本系列<A 
        href="http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/l-ipc/index.shtml">序</A>中作者概述了 
        linux 
        进程间通信的几种主要手段。其中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。 
        认清管道和有名管道的读写规则是在程序中应用它们的关键，本文在详细讨论了管道和有名管道的通信机制的基础上，用实例对其读写规则进行了程序验证，这样做有利于增强读者对读写规则的感性认识，同时也提供了应用范例。</BLOCKQUOTE>
      <P><A name=1><SPAN class=atitle2>1、 管道概述及相关API应用</SPAN></A></P>
      <P><SPAN class=atitle3>1.1 管道相关的关键概念</SPAN></P>
      <P>管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特点：</P>
      <UL class=n01>
        <LI>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； 
        <LI>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）； 
        <LI>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。 

        <LI>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。 
        </LI></UL>
      <P><SPAN class=atitle3>1.2管道的创建：</SPAN></P><PRE>#include &lt;unistd.h&gt;
int pipe(int fd[2])
</PRE>
      <P>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（因此也不难推出，只要两个进程中存在亲缘关系，这里的亲缘关系指的是具有共同的祖先，都可以采用管道方式来进行通信）。</P>
      <P><SPAN class=atitle3>1.3管道的读写规则：</SPAN></P>
      <P>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。</P>
      <P>从管道中读取数据：</P>
      <UL class=n01>
        <LI>如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0； 
        <LI>当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。注：（PIPE_BUF在include/linux/limits.h中定义，不同的内核版本可能会有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少为512字节，red 
        hat 7.2中为4096）。 </LI></UL>
      <P>关于管道的读规则验证：</P>
      <P>
      <TABLE bgColor=#cccccc border=1 cellPadding=5 cellSpacing=0 
        width="100%"><TBODY>
        <TR>
          <TD><PRE><CODE>
/**************
 * readtest.c *
 **************/
#include &lt;unistd.h&gt;
#include &lt;sys/types.h&gt;
#include &lt;errno.h&gt;
main()
{
	int pipe_fd[2];
	pid_t pid;
	char r_buf[100];
	char w_buf[4];
	char* p_wbuf;
	int r_num;
	int cmd;
	
	memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
	memset(w_buf,0,sizeof(r_buf));
	p_wbuf=w_buf;
	if(pipe(pipe_fd)&lt;0)
	{
		printf("pipe create error\n");
		return -1;
	}
	
	if((pid=fork())==0)
	{
		printf("\n");
		close(pipe_fd[1]);
		sleep(3);//确保父进程关闭写端
	    r_num=read(pipe_fd[0],r_buf,100);
printf(	"read num is %d   the data read from the pipe is %d\n",r_num,atoi(r_buf));
		
		close(pipe_fd[0]);
		exit();
	}
	else if(pid&gt;0)
	{
	close(pipe_fd[0]);//read
	strcpy(w_buf,"111");
	if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)!=-1)
		printf("parent write over\n");
	close(pipe_fd[1]);//write
		printf("parent close fd[1] over\n");
	sleep(10);
	}	
}
 /**************************************************
 * 程序输出结果：
 * parent write over
 * parent close fd[1] over
 * read num is 4   the data read from the pipe is 111
 * 附加结论：
 * 管道写端关闭后，写入的数据将一直存在，直到读出为止.
 ****************************************************/ 
</CODE></PRE></TD></TR></TBODY></TABLE></P>
      <P>向管道中写入数据：</P>
      <UL class=n01>
        <LI>向管道中写入数据时，linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将一直阻塞。 
        <BR>注：只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。否则，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号，应用程序可以处理该信号，也可以忽略（默认动作则是应用程序终止）。 
        </LI></UL>
      <P>对管道的写规则的验证1：写端对读端存在的依赖性</P>
      <P>
      <TABLE bgColor=#cccccc border=1 cellPadding=5 cellSpacing=0 
        width="100%"><TBODY>
        <TR>
          <TD><PRE><CODE>
#include &lt;unistd.h&gt;
#include &lt;sys/types.h&gt;
main()
{
	int pipe_fd[2];
	pid_t pid;
	char r_buf[4];
	char* w_buf;
	int writenum;
	int cmd;
	
	memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
	if(pipe(pipe_fd)&lt;0)
	{
		printf("pipe create error\n");
		return -1;
	}
	
	if((pid=fork())==0)
	{
		close(pipe_fd[0]);
		close(pipe_fd[1]);
		sleep(10);	
		exit();
	}
	else if(pid&gt;0)
	{
	sleep(1);  //等待子进程完成关闭读端的操作
	close(pipe_fd[0]);//write
	w_buf="111";
	if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4))==-1)
		printf("write to pipe error\n");
	else	
		printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum);
	
	close(pipe_fd[1]);
	}	
}
</CODE></PRE></TD></TR></TBODY></TABLE></P>
      <P>则输出结果为： Broken 
      pipe,原因就是该管道以及它的所有fork()产物的读端都已经被关闭。如果在父进程中保留读端，即在写完pipe后，再关闭父进程的读端，也会正常写入pipe，读者可自己验证一下该结论。因此，在向管道写入数据时，至少应该存在某一个进程，其中管道读端没有被关闭，否则就会出现上述错误（管道断裂,进程收到了SIGPIPE信号，默认动作是进程终止）</P>
      <P>对管道的写规则的验证2：linux不保证写管道的原子性验证</P>
      <P>
      <TABLE bgColor=#cccccc border=1 cellPadding=5 cellSpacing=0 
        width="100%"><TBODY>
        <TR>
          <TD><PRE><CODE>
#include &lt;unistd.h&gt;
#include &lt;sys/types.h&gt;
#include &lt;errno.h&gt;
main(int argc,char**argv)
{
	int pipe_fd[2];
	pid_t pid;
	char r_buf[4096];
	char w_buf[4096*2];
	int writenum;
	int rnum;
	memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));	
	if(pipe(pipe_fd)&lt;0)
	{
		printf("pipe create error\n");
		return -1;
	}
	
	if((pid=fork())==0)
	{
		close(pipe_fd[1]);
		while(1)
		{
		sleep(1);	
		rnum=read(pipe_fd[0],r_buf,1000);
		printf("child: readnum is %d\n",rnum);
		}
		close(pipe_fd[0]);
		
		exit();
	}
	else if(pid&gt;0)
	{
	close(pipe_fd[0]);//write
	memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));	
	if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,1024))==-1)
		printf("write to pipe error\n");
	else	
		printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum);
	writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4096);
	close(pipe_fd[1]);
	}	
}

输出结果：
the bytes write to pipe 1000
the bytes write to pipe 1000  //注意，此行输出说明了写入的非原子性
the bytes write to pipe 1000
the bytes write to pipe 1000
the bytes write to pipe 1000
the bytes write to pipe 120  //注意，此行输出说明了写入的非原子性
the bytes write to pipe 0
the bytes write to pipe 0
......
</CODE></PRE></TD></TR></TBODY></TABLE></P>
      <P>结论：</P>
1234

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