Linux进程间通信-管道

Linux进程通信系列文章将详细介绍各种通信方式的机制和区别

1.进程间通信

每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

2、进程间通信方式

一、进程间通信-管道

二、进程间通信-命名管道

三、进程间通信-消息队列

四、进程间通信-共享内存

3、进程间通信-管道（pipe）

 3.1 管道是如何通信的　　

（1）父进程创建管道，得到两个⽂件描述符指向管道的两端

（2）父进程fork出子进程，⼦进程也有两个⽂件描述符指向同⼀管道。

（3）父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1]，即⽗进程关闭管道读端,⼦进程关闭管道写端（因为管道只支持单向通信）。⽗进程可以往管道⾥写,⼦进程可以从管道⾥读,管道是⽤环形队列实现的,数据从写端流⼊从读端流出,这样就实现了进程间通信。 

3.2 利用管道实现通信

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "string.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
    int fd[2];
    int ret = pipe(fd);
    if (ret == -1)
    {
        perror("pipe error
");
        return 1;
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0)   // child
    {
        close(fd[0]);
        int i = 0;
        char* msg = "i am child
";
        while (i < 5)
        {
            write(fd[1],msg,strlen(msg));
            sleep(2);
            i++;
        }

    }
    else if(pid > 0)
    {
        close(fd[1]);
        char buf[256] = {0};
        int j = 0;
        while (j < 5)
        {
            int n = read(fd[0],buf,256);
            if (n>0)  
            {  
                buf[n] = '';  
            }  
            printf("%s",buf);
            j++;  
        }
    }
    else
    {
        perror("fork error
");
        return 1;
    }
    return 0;
}

运行结果：

 3.3 管道读取数据的四种的情况

（1）读端不读，写端一直写

（2）写端不写，读端一直读

（3）读端一直读，写端关闭

（4）写端一直写，读端关闭

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "string.h"
#include "sys/wait.h"
#include "sys/types.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
    int fd[2];
    int status = 0;
    int ret = pipe(fd);
    if (ret == -1)
    {
        perror("pipe error
");
        return 1;
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0)   // child
    {
        close(fd[0]);
        int i = 0;
        char* msg = "i am child
";
        while (i < 10)
        {
            write(fd[1],msg,strlen(msg));
            sleep(1);
            i++;
        }

    }
    else if(pid > 0)
    {
        close(fd[1]);
        char buf[256] = {0};
        int j = 0;
        while (j < 5)
        {
            int n = read(fd[0],buf,256);
            if (n>0)  
            {  
                buf[n] = '';  
            }  
            printf("%s",buf);
            j++;  
        }
        close(fd[0]);
        ret = waitpid(pid,&status,0);
        printf("exit single(%d),exit(%d)
", status & 0xff, (status >> 8) & 0xff);  
    }
    else
    {
        perror("fork error
");
        return 1;
    }
    return 0;
}

运行结果：

使用kill -l 查看13号信号，可以知道13号信号代表SIGPIPE。

4、管道的特点

（1）管道只允许具有血缘关系的进程间通信，如父子进程间的通信。

（2）管道只允许单向通信。

（3）管道内部保证同步机制，从而保证访问数据的一致性。

5、管道的容量

测试管道容量大小只需要将写端一直写，读端不读且不关闭fd[0],即可。

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "string.h"
#include "sys/wait.h"
#include "sys/types.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
    int fd[2];
    int status = 0;
    int ret = pipe(fd);
    if (ret == -1)
    {
        perror("pipe error
");
        return 1;
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0)   // child
    {
        close(fd[0]);
        int i = 1;
        while (i)
        {
            write(fd[1],"A",1);
            printf("pipe capacity: %d
",i++);
        }
        close(fd[1]);

    }
    else if(pid > 0)
    {
        close(fd[1]);
        waitpid(pid,NULL,0);
        close(fd[0]);
    }
    else
    {
        perror("fork error
");
        return 1;
    }
    return 0;
}

运行结果：

由此可见，管道大小为64k