Linux学习笔记24——进程管道

一 管道的作用

　　通常把一个进程的输出通过管道连接到另一个进程的输入。

二 popen和pclose函数

#include <stdio.h>

FILE *popen(const char *command,　　　　　　//是要运行的程序名和相应的参数
　　　　　　　const char *open_mode　　　　　 //必须是“r”或者“w”,如果是其它值，errno将返回EINVAL
　　　　　　 );　　　　　　　　　　　　　　　　　

int pclose(FILE *stream_to_close); 　　　　

　　popen() 函数通过创建一个管道，调用 fork 产生一个子进程，执行一个 shell 以运行命令来开启一个进程。

　　pclose()调用只在popen启动的进程结束后才返回,如果调用pclose函数时它仍在运行，pclose调用将等待该进程的结束。

例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(){
    FILE *read_fp;　　　　　　　　　　//要读取的文件描述符
    char buffer[BUFSIZ+1];　　　　　　//用来存储读到的文件信息
    int chars_read;　　　　　　　　　　//实际读取的元素个数
    
    memset(buffer,'',sizeof(buffer));　　　　//将数组清零初始化
    read_fp=popen("cat test*.c | wc -l","r");　　//创建管道，用于显示所有test*.c文件的字数
    
    if(read_fp!=NULL){
        chars_read=fread(buffer,sizeof(char),BUFSIZ,read_fp);//从一个文件流中读数据，最多读取count个元素，每个元素size字节，如果调用成功返回实际读取到的元素个数，如果不成功返回 0
        while(chars_read>0){
            buffer[chars_read-1]='';　　　　　　//清除回车符
            printf("Reading:-
 %s
",buffer);
            chars_read=fread(buffer,sizeof(char),BUFSIZ,read_fp);
        }
        pclose(read_fp);　　　　　　　　//关闭管道
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    exit(EXIT_FAILURE);
}

　　使用shell的一个不太好的影响：针对每个popen调用，不仅要启动一个被请求的程序，还要启动一个shell，即每个popen调用将多启动两个进程。从节省系统资源的角度来看，popen函数的调用成本略高，而且对目标命令的调用比正常方式要慢一些。

三 pipe函数

#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);

　　pipe函数的参数是一个由两个整数类型的文件描述符组成的数组的指针，两个返回的文件描述符以一种特殊的方式连接起来，写到fd[1]的所有数据都可以从fd[0]读回来，数据基于先进先出的原则（FIFO）进程处理。

　　对一个已关闭写数据的管道做read调用将返回0而不是阻塞，读取无效的文件描述符将看作是一个错误并返回-1
 
　　如果跨越fork调用使用管道，就会有两个不同的文件描述符可以用于向管道写数据，一个在父进程中，一个在子进程中。只有把父子进程中的针对管道的写文件描述符都关闭，管道才会被认为是关闭了，对管道的read调用才会失败。

管道的读写规则：

　　1 从管道中读取数据

• 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；
• 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）。

　　2 从管道中写入数据

　　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。
　　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）。

例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(){
    const char some_data[]="123";
    int file_pipes[2];
    int data_processed;
    pid_t fork_result;
    
    if(pipe(file_pipes)==0){
        fork_result=fork();
        if(fork_result==(pid_t)-1){
            fprintf(stderr,"Fork failure");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        if(fork_result==0){　　　　　　//子进程
            close(0);　　　　　　　　　　//关闭标准输入，即键盘输入
            dup(file_pipes[0]);　　　　//复制一个文件描述符
            close(file_pipes[0]);　　  //关闭读操作
            close(file_pipes[1]);　　　//关闭写操作
            
            execlp("od","od","-c",(char*)0);　　//利用od查看特殊格式的文件内容,-c表示ASCII字符或反斜杠序列，(char*)0参数作用是终止被调用程序的参数列表
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        else{　　　　　//主进程
            close(file_pipes[0]);　　
            data_processed=write(file_pipes[1],some_data,strlen(some_data));　　//写入数据
            close(file_pipes[1]);
            printf("%d - wrote %d bytes
",getpid(),data_processed);
        }
    }
    exit(EXIT_SUCCESS);
}