C语言编写管道代码

什么是管道：

管道是Unix中最古老的进程间通信的形式。

我们把从一个进程链接到另外一个进程的一个数据流称为管道。

本质是有固定大小的内核缓存区。

管道的限制

管道是半双工的，数据只能向一个方向流动，需要双方通信时，需要建立起两个管道

只能用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进行通信，通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父、子进程之间就可以用管道。

匿名管道pipe

包含头文件

功能：创建一无名管道

原型：

int pipe（int fd[2]）;

参数

fd:文件描述符数组，其中fd[0]表示读端，fd[1]表示写端。

返回值：成功返回0，失败返回错误代码。

国际惯例：上个代码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define ERR_EXIT(m)				\
	do						     \
	{						     \
		perror(m);				\
		exit(EXIT_FAILURE);		\
	}while(0)


int main()
{
	int pipefd[2];
	if(pipe(pipefd) == -1)
	{
		ERR_EXIT("pipe error");
	}
	pid_t pid;
	pid = fork();
	if(pid == 0)
	{
		close(pipefd[0]);
		write(pipefd[1],"hello",5);
		close(pipefd[1]);
		exit(EXIT_SUCCESS);
	}
	close(pipefd[1]);
	char buf[10] = {0};
	read(pipefd[0],buf,10);
	printf("buf = %s\n",buf);
	return 0;
}

解释一波：

本次实验是子进程写一个字符串，父进程打印出来。

从主函数开始解释：

	int pipefd[2];
	if(pipe(pipefd) == -1)
	{
		ERR_EXIT("pipe error");
	}

第一行代码是先创建一个数组，为的就是pipe的参数。if（pipe（pipefd）==-1）这行代码的意思就是创建一个管道，如果失败的打印错误信息。

	pid_t pid;
	pid = fork();
	if(pid == 0)
	{
		close(pipefd[0]);
		write(pipefd[1],"hello",5);
		close(pipefd[1]);
		exit(EXIT_SUCCESS);
	}

解释这些代码

这些代码的意思是，创建一个进程（第一行和第二行），第三行代码的意思是进入子进程，pid返回0表示在子进程中，返回大于0表示在父进程中。

再看子进程的代码：

close(pipefd[0]);这行代码的意思是，关闭读端。因为子进程是要写字符串在管道中，所以读端就没什么用了。关闭了。

write(pipefd[1],"hello",5)；这行代码的意思就是向管道中写hello这个字符串。

第四行close(pipefd[1]);这行代码就是关闭写端。

再来就是子进程退出。

	close(pipefd[1]);
	char buf[10] = {0};
	read(pipefd[0],buf,10);
	printf("buf = %s\n",buf);
	return 0;

再看这几行代码：

这几行代码是父进程的代码，一天因为子进程执行完就退出了。所以不会执行到这里的。

第一行代码是关闭写端。因为父进程是读子进程传来的消息，所以写端没什么用，关闭。

第二行代码是定义一个字符串，用来存放读取到的字符串。

第三行代码就是读取管道的信息。

第四行就是打印。

注：试着让子进程睡眠10s，想让父进程先执行完看看是什么效果，但是我失望了，还是这样的。就是白等了10s；

看结果：

这是为啥那？

强行解释一波，下面代码是父子进程共用的代码，并不是父进程自己的代码，所以当子进程执行完才会执行的代码。（实际上是当没有数据可读时:O_NONBLOCK disable:read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止。）

 

在看一段代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define ERR_EXIT(m)				\
	do						     \
	{						     \
		perror(m);				\
		exit(EXIT_FAILURE);		\
	}while(0)


int main()
{
	int pipefd[2];
	if(pipe(pipefd) == -1)
	{
		ERR_EXIT("pipe error");
	}
	pid_t pid;
	pid = fork();
	if(pid == 0)
	{	
		dup2(pipefd[1],STDOUT_FILENO);
		close(pipefd[1]);
		close(pipefd[0]);
		execlp("ls","ls",NULL);
		fprintf(stderr,"error execor execte ls\n");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	dup2(pipefd[0],STDIN_FILENO);
	close(pipefd[0]);
	close(pipefd[1]);
	execlp("wc","wc","-w",NULL);
	fprintf(stderr,"error execute wc\n");
	return 0;
}

这行代码的执行效果和 ls | wc -w

的执行效果是一样的。

看结果：

·重复部分不做解释，只简单说明一下：

	if(pid == 0)
	{	
		dup2(pipefd[1],STDOUT_FILENO);
		close(pipefd[1]);
		close(pipefd[0]);
		execlp("ls","ls",NULL);
		fprintf(stderr,"error execor execte ls\n");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

这段代码的意思是：

dup2(pipefd[1],STDOUT_FILENO);这行代码的意思是，把文件输出描述符定义到写端。

        close(pipefd[1]);
        close(pipefd[0]);

当重定向完以后就可以关闭通道了。

        execlp("ls","ls",NULL);
        fprintf(stderr,"error execor execte ls\n");

这两行代码是执行ls命令，因为已经输出重定向了，进管道了。

到了父进程

    dup2(pipefd[0],STDIN_FILENO);
这行代码重定向了读端，

    execlp("wc","wc","-w",NULL);
读到了ls命令再加上wc -w这样就输出了 ls | wc -w的效果。

在实现一个例子：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define ERR_EXIT(m)				\
	do						     \
	{						     \
		perror(m);				\
		exit(EXIT_FAILURE);		\
	}while(0)


int main()
{
	close(0);
	open("pip.cpp",O_RDONLY);
	close(1);
	open("01pipe.cpp",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0644);
	execlp("cat","cat",NULL);
	return 0;
}

这行代码的意思是复制代码：

先关闭标准输出标准输出。打开pip.cpp文件，在创建一个01pipe.cpp文件，cat命令当单独使用的时候，会把键盘输入的在打印出来，由于关闭了标准输入和输出，所以会把pip.cpp的文件输出到01pipe.cpp中。假如想打印出这个代码，可以这样做。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define ERR_EXIT(m)				\
	do						     \
	{						     \
		perror(m);				\
		exit(EXIT_FAILURE);		\
	}while(0)


int main()
{
	close(0);
	open("04pipe.cpp",O_RDONLY);
	execlp("cat","cat",NULL);
	return 0;
}

 

执行结果。

之前写过如何打印自己的代码？这个也是可以实现的。

https://blog.csdn.net/m0_38036750/article/details/85066109

这篇文章是写的如何打印自己的代码，效果一样，但是这样写会更简单。

 

管道的读写规则

当没有数据可读时:

O_NONBLOCK disable:read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止。

O_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。

如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0.

如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE

当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。

当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。

 

命名管道（FIFO）

管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先（具有亲缘关系）的进程间通信。

如果我们想在不相关的进程之间交换数据，可以使用FIFO文件来做这项工作，它经常被称为命名管道。

命名管道是一种特殊类型的文件。

创建一个命名管道：

命名管道可以从命令行上创建，命令行方法使用下面这个命令：

mkfifo filename

命名管道也可以从程序里创建，相关函数有：

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define ERR_EXIT(m)				\
	do						     \
	{						     \
		perror(m);				\
		exit(EXIT_FAILURE);		\
	}while(0)


int main()
{
	mkfifo("p2",0644);
	return 0;
}

执行结果：

p2是一个管道文件，这个和mkfifo filename相似。

 

匿名管道和命名管道

匿名管道由pipe函数创建并打开。

命名管道由mkfifo函数创建，打开用open

FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在他们创建与打开的方式不同，一但这些工作完成之后，他们具有相同的语义。

 

 

命名管道的打开规则

如果当前打开操作是为读而打开FIFO时

O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO

O_NONBLOCK enable：立刻返回成功

如果当前打开操作是为写而打开FIFO时

O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO

O_NONBLOCK enable：立刻返回失败，错误码为ENXIO