📄 linux环境进程间通信（一）.htm
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<TD width="100%"><IMG height=6 alt=""
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href="http://www.ibm.com/developerworks/cn/">developerWorks
中国</A><SPAN class=bct> > </SPAN><A
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href="http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/">Linux</A><SPAN
class=bct> ></SPAN><IMG height=1 alt=""
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<H1>Linux环境进程间通信（一）</H1>
<P id=subtitle><EM>管道及有名管道</EM></P><IMG class=display-img
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<TD class=no-print width=192><IMG height=18 alt=developerWorks
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<TD class=v14-header-1-small>文档选项</TD></TR></TBODY></TABLE>
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value="在本系列序中作者概述了 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。"
name=body><INPUT type=hidden value=Linux环境进程间通信（一）
name=subject><INPUT type=hidden value=cn name=lang>
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<NOSCRIPT>
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<P><SPAN class=ast>未显示需要 JavaScript
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<P>级别： 初级</P>
<P><A
href="http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part1/index.html#author">郑彦兴</A>
(<A
href="mailto:mlinux@163.com?subject=Linux环境进程间通信（一）">mailto:mlinux@163.com?subject=Linux环境进程间通信（一）</A>)国防科大计算机学院<BR></P>
<P>2002 年 12 月 11 日</P>
<BLOCKQUOTE>在本系列序中作者概述了 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><!--START RESERVED FOR FUTURE USE INCLUDE FILES--><!-- include java script once we verify teams wants to use this and it will work on dbcs and cyrillic characters --><!--END RESERVED FOR FUTURE USE INCLUDE FILES-->
<P><A name=N10044><SPAN class=atitle>1、 管道概述及相关API应用</SPAN></A></P>
<P><A name=N1004A><SPAN class=smalltitle>1.1
管道相关的关键概念</SPAN></A></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>
<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><A name=N10062><SPAN class=smalltitle>1.2管道的创建：</SPAN></A></P>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD class=code-outline><PRE class=displaycode>#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2])
</PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
<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><A name=N1006F><SPAN class=smalltitle>1.3管道的读写规则：</SPAN></A></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>
<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>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD class=code-outline><PRE class=displaycode> /**************
* readtest.c *
**************/
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
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)<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>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.
****************************************************/
</PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
<P>向管道中写入数据：</P>
<UL>
<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>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD class=code-outline><PRE class=displaycode>#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
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)<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>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]);
}
}
</PRE></TD></TR></TBODY></TABLE><BR>
<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>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD class=code-outline><PRE class=displaycode>#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
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)<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>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
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