进程间通信之：管道

8.2 管道

8.2.1 管道概述

本书在第2章中介绍"ps"的命令时提到过管道，当时指出了管道是Linux中一种很重要的通信方式，它是把一个程序的输出直接连接到另一个程序的输入，这里仍以第2章中的"ps –ef | grep ntp"为例，描述管道的通信过程，如图8.2所示。

图8.2 管道的通信过程

管道是Linux中进程间通信的一种方式。这里所说的管道主要指无名管道，它具有如下特点。

n 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也就是父子进程或者兄弟进程之间）。

n 它是一个半双工的通信模式，具有固定的读端和写端。

n 管道也可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read()和write()等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内核的内存空间中。

8.2.2 管道系统调用

1．管道创建与关闭说明

管道是基于文件描述符的通信方式，当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符fds[0]和fds[1]，其中fds[0]固定用于读管道，而fd[1]固定用于写管道，如图8.3所示，这样就构成了一个半双工的通道。

图8.3 Linux中管道与文件描述符的关系

管道关闭时只需将这两个文件描述符关闭即可，可使用普通的close()函数逐个关闭各个文件描述符。

2．管道创建函数

创建管道可以通过调用pipe()来实现，表8.1列出了pipe()函数的语法要点。

表8.1 pipe()函数语法要点

3．管道读写说明

用pipe()函数创建的管道两端处于一个进程中，由于管道是主要用于在不同进程间通信的，因此这在实际应用中没有太大意义。实际上，通常先是创建一个管道，再通过fork()函数创建一子进程，该子进程会继承父进程所创建的管道，这时，父子进程管道的文件描述符对应关系如图8.4所示。

此时的关系看似非常复杂，实际上却已经给不同进程之间的读写创造了很好的条件。父子进程分别拥有自己的读写通道，为了实现父子进程之间的读写，只需把无关的读端或写端的文件描述符关闭即可。例如在图8.5中将父进程的写端fd[1]和子进程的读端fd[0]关闭。此时，父子进程之间就建立起了一条"子进程写入父进程读取"的通道。

图8.4 父子进程管道的文件描述符对应关系 图8.5 关闭父进程fd[1]和子进程fd[0]

同样，也可以关闭父进程的fd[0]和子进程的fd[1]，这样就可以建立一条"父进程写入子进程读取"的通道。另外，父进程还可以创建多个子进程，各个子进程都继承了相应的fd[0]和fd[1]，这时，只需要关闭相应端口就可以建立其各子进程之间的通道。

4．管道使用实例

在本例中，首先创建管道，之后父进程使用fork()函数创建子进程，之后通过关闭父进程的读描述符和子进程的写描述符，建立起它们之间的管道通信。

/* pipe.c */

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <errno.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#define MAX_DATA_LEN 256

#define DELAY_TIME 1

int main()

{

pid_t pid;

int pipe_fd[2];

char buf[MAX_DATA_LEN];

const char data[] = "Pipe Test Program";

int real_read, real_write;

memset((void*)buf, 0, sizeof(buf));

/* 创建管道 */

if (pipe(pipe_fd) < 0)

{

printf("pipe create error\n");

exit(1);

}

/* 创建一子进程 */

if ((pid = fork()) == 0)

{

/* 子进程关闭写描述符，并通过使子进程暂停1s等待父进程已关闭相应的读描述符 */

close(pipe_fd[1]);

sleep(DELAY_TIME * 3);

/* 子进程读取管道内容 */

if ((real_read = read(pipe_fd[0], buf, MAX_DATA_LEN)) > 0)

{

printf("%d bytes read from the pipe is '%s'\n", real_read, buf);

}