进程间的通信之管道

一.管道的分类：

     管道是进程间通讯的一种（进程间通讯还有：信号，信号量，消息队列，共享存储，套接字），它分为无名管道和有名管道。

     有名管道应用于任意俩个进程之间数据的单项传递。

     无名管道只能引用于父子进程之间。

二.管道的工作：

     1.管道的操作

                             

	有名管道	无名管道
创建	mkfifo	int pipe（int  fd[2]）
打开	open	int pipe（int  fd[2]）
写	write	write（fd[1]，buff，len）
读	read	read（fd[0],buff,size）
关闭	close	close(fd[1]);close(fd[0]);

三.注意

   1.有名管道：

       1） 在文件目录树中有一个文件标示（管道文件）。实际不占据磁盘空间。
数据缓存在内存上。

       2）如果一个进程以只写方式打开一个管道文件，open 会阻塞运行，直到有一个进程
以读方式打开管道文件。open 才会返回，进程才会接着执行。
如果一个进程以只读方式打开一个管道文件，open 会阻塞运行，直到有一个进程
以写方式打开管道文件。open 才会返回，进程才会接着执行。
read 函数也会阻塞运行，直到写端写入数据或者所有的写端都关闭。
read 读取数据并且会将内存上的已读数据清空。

只写，open阻塞运行

直到有一个读端打开管道

    2.管道都是半双工通讯，而无名管道创建后，父进程在 fork 产生子进程后，
两个进程分别有一对读写，所以，要在父子进程分别关闭读或写。

四.扩展

    1.管道的默认大小是多少？？能不能修改管道的大小？

        一页，即4K字节。

        可以通过修改linux/limits.h/pipe_buff来修改管道大小

     2.管道操作的内核实现。（空间的开辟， 读写操作偏移量的变化）

          linux下的进程的用户态地址空间都是相互独立的，因此俩个进程是没法直接通信的，因为找不到彼此的存在，儿内核是进程间共享的，因此进程间想通信只能通过内核作为中间人，来传达信息。下图显示了俩个进程间通过内核缓存进行通信的过程：

五.代码

1.有名管道

 写端：                                                                                                           读端：

            

    pipe的实现就是和上述图示一样，在pipefs文件系统的inode中有一个属性：struct pipe_inode_info*i_pipe;

   这个结构体定义如下:

                            

        这个结构体定义了管道的缓存，由base指向，缓存大小为一个内存页，有如下定义：

              #define PIPE_SIZEPAGE_SIZE

        其实到现在我们大概猜得到管道的是实现原理，在一个进程中，向管道中写入数据时，其实就是写入这个缓存中；然后在另一个进程读取管道时，其实就是从这个缓存读取，实现进程的通信。

        这个缓存也可以解释为什么管道是单通道的：因为只有一个缓存，如果是双通道，那么两个进程同时向这块缓存写数据时，这样会导致数据覆盖，即一个进程的数据被另一个进程的数据覆盖．而向套接字有读写缓存，因此套接字是双通道的．

        从pipe函数开始，看看内核是如何创建管道的．pipe系统调用在内核对应的服务例程为sys_pipe，在sys_pipe函数中接着调用do_pipe创建两个管道描述符，一个用于写，另一个用于读。

        总结下do_pipe函数的执行过程:

          1.实例化两个空file结构体；

           2.创建带有pipe属性的inode结构；

           3.在当前进程文件描述符表中找出两个未使用的文件描述符;

           4.为这个inode分配dentry结构体，关联file和inode

           5.针对可读和可写file结构，分别设置相应属性，主要是操作函数集合属性

           6.关联文件描述符和file结构

           7.将两个文件描述符返回给用户;

2.无名管道

        遇到并解决的问题：

   ①。第14行刚开始写成了：pid_t pid=fork()

            这样导致fork在管道之前创建，也就是说先有了父子进程才有的管道，那么父子进程都会对管道操作

   ②。第32行不能用strlen，要用sizeof。用strlen会阻塞，因为一开始读的是0