进程间通信（2）-无名管道

无名管道通信框架

要保证是对同一个管道进行操作。

1、管道

管道文件是一个特殊的文件，就是一个缓冲，是由队列来实现的，出队端读，入队端写。

在文件IO中创建一个文件或打开一个文件是由open函数来实现的，但它不能创建管道文件，只能用pipe函数来创建管道。

函数形式：
int pipe(int fd[2])
功能：创建管道，为系统调用：unistd.h（系统调用函数所在的.h文件）
参数：就是得到的文件描述符。可见有两个文件描述符：fd[0]和fd[1]，管道有一个读端fd[0]用来读和一个写端fd[1]用来写，这个规定不能变。
返回值：成功是0，出错是-1；

例1：pipe函数的使用

#include "unistd.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"

int main()
{
    int fd[2];
    int ret;
    ret = pipe(fd);
    if(ret < 0)
    {
        printf("create pipe fail\n");
        return -1;
    }
    printf("create pipe success fd[0]=%d, fd[1]=%d\n",fd[0],fd[1]);
    return 0;
}

解释：open函数如果创建成功，返回的文件描述符从3开始。
因为一个进程打开时，内核会自动打开3个文件描述符：0、1、2。

例2：pipe函数的使用

#include "unistd.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"

int main()
{
    int fd[2];
    int ret;
    char writebuf[] = "hello linux";
    char readbuf[128] = {0};
    ret = pipe(fd);
    if(ret < 0)
    {
        printf("create pipe fail\n");
        return -1;
    }
    printf("create pipe success fd[0]=%d, fd[1]=%d\n",fd[0],fd[1]);

    write(fd[1], writebuf, sizeof(writebuf));
    // start read from pipe
    read(fd[0], readbuf, 128);
    printf("readbuf = %s\n", readbuf);

    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
    return 0;
}

确实读到了

2、管道特点

• 管道是创建在内存中的；进程结束，空间释放，管道就不存在了。
• 管道中的东西，读完了就删除了（和队列是一样的）
• 如果管道中没有东西可读，则会读阻塞。

例3：验证读阻塞

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

int main()
{
    int fd[2];
    int ret;
    char writebuf[] = "hello linux";
    char readbuf[128] = {0};
    ret = pipe(fd);
    if(ret < 0)
    {
        printf("create pipe fail\n");
        return -1;
    }
    printf("create pipe success fd[0]=%d, fd[1]=%d\n",fd[0],fd[1]);

    write(fd[1], writebuf, sizeof(writebuf));
    // start read from pipe
    read(fd[0], readbuf, 128);
    printf("readbuf = %s\n", readbuf);

    // second read from pipe
    memset(readbuf, 0, 128);

    read(fd[0], readbuf, 128);
    printf("second read complete\n");

    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
    return 0;
}

1.第一次读完就删除了，因此第2次没东西读了；2.没东西可读了，就阻塞了

例4：验证会写阻塞

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

int main()
{
    int fd[2];
    int ret;
    int i = 0;
    char writebuf[] = "hello linux";
    char readbuf[128] = {0};
    ret = pipe(fd);
    if(ret < 0)
    {
        printf("create pipe fail\n");
        return -1;
    }
    printf("create pipe success fd[0]=%d, fd[1]=%d\n",fd[0],fd[1]);

    while(i < 5500)
    {
        write(fd[1], writebuf, sizeof(writebuf));
        i++;
    }

    printf("write pipe end\n");  // 如果存在写阻塞，这句话不会被打印出来

    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
    return 0;
}

iwrite pipe end没有被打印出来，说明写阻塞了

例5：验证写阻塞：可以计算出内核开辟的管道有多大。

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

int main()
{
    int fd[2];
    int ret;
    int i = 0;
    char writebuf[] = "hello linux";
    char readbuf[128] = {0};
    ret = pipe(fd);
    if(ret < 0)
    {
        printf("create pipe fail\n");
        return -1;
    }
    printf("create pipe success fd[0]=%d, fd[1]=%d\n",fd[0],fd[1]);

    while(i < 5400)
    {
        write(fd[1], writebuf, sizeof(writebuf));
        i++;
    }

    printf("write pipe end\n");  // 如果存在写阻塞，这句话不会被打印出来

    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
    return 0;
}

打印出来了，说明管道在5400到5500之间

范围：5456-5457之间。即：5456是非阻塞，5457是阻塞。

例6：通过管道实现进程间通信

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    pid_t pid;
    int fd[2]; // 文件描述符数组
    int ret; // 返回值
    int process_inter = 0;

    // pipe必须放在子进程之前（pipe函数必须在fork函数之前）。这样才是同一个管道。
    ret = pipe(fd);
    if(fd<0)
    {
        printf("create pipe fail\n");
        return -1;
    }
    printf("create pipe success\n");

    pid = fork();

    if(pid == 0) // child process
    {
        int i = 0;
        read(fd[0], &process_inter, 1); // child process read
        while(process_inter == 0); // 如果读到是0，一直循环
        for(i = 0; i < 5; i++)  // 如果读到是1，就往下运行
        {
            printf("this is child process %d\n", i);
            usleep(100);
        }
    }
    if(pid>0)  // parent process 
    {
        int i = 0;
        for(i=0;i<5;i++)
        {
            printf("this is parent process i=%d\n", i);
            usleep(100);
        }
        process_inter = 1;
        sleep(5);  // 父进程运行完后，休眠5s
        write(fd[1], &process_inter, 1); // parent process write
    }
    while(1);
    return 0;
}

父进程先运行，之后休眠5s，子进程再运行

3、无名管道的缺点

只能实现父子关系或者有亲缘关系的进程间的通信。

因为非父子关系的进程，在pipe函数创建无名管道时，都会各自创建一个管道，它们只能与各自创建的无名管道进行通信，这样它们俩就无法通过无名管道进行通信。