＜Linux开发＞ linux应用开发-之-进程通信之管道例程

一、简介

所谓管道，是指用于连接一个读进程和一个写进程，以实现它们之间通信的共享文件，又称 pipe 文件。

向管道（共享文件）提供输入的发送进程（即写进程），以字符流形式将大量的数据送入管道；而接收管道输出的接收进程（即读进程），可从管道中接收数据。由于发送进程和接收进程是利用管道进行通信的，故又称管道通信。

为了协调双方的通信，管道通信机制必须提供以下3 方面的协调能力。

(1)互斥。当一个进程正在对 pipe 进行读/写操作时，另一个进程必须等待。
(2)同步。当写（输入）进程把一定数量（如4KB）数据写入 pipe 后，便去睡眠等待，直到读（输出）进程取走数据后，再把它唤醒。当读进程读到一空 pipe 时，也应睡眠等待，直至写进程将数据写入管道后，才将它唤醒。
(3)对方是否存在。只有确定对方已存在时，才能进行通信。

二、环境搭建

本次测试pipe通信的应用例程是运行在ubuntu pc上的；当然也是可以运行在linux开发板 或相关linux设备上的。
开发环境无特别要求。

三、例程代码

本次代码会使用单独的一个c文件用来pipe进程代码，使用子进程写入数据到Pipe中，并通过主进程读取pipe中的数据并打印。
创建.c文件，并输入一下内容：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


#define INPUT 1
#define OUTPUT 0

void main()
{
    int Upipe[2];                   //用以管道描述符
    pid_t pid;                      //用于子进程pid创建
    char buf[256];                  //用于存放接收管道的数据
    int returned_count;             //读取管道的返回值状态
    int i =0;                       //计数用
    char Sendbuf[256];              //用于存放发送管道的数据
    /*创建无名管道*/
    //pipe(Upipe);
    if (pipe(Upipe) == -1) {        //创建管道
        perror("pipe");             //终端输出
        exit(EXIT_FAILURE);         //退出
    }

    /*创建子进程*/
    if((pid = fork()) == -1){       //创建子进程
        printf("Error in fork\n");  //终端输出
        exit(1);                    //退出
    }

    if(pid == 0) {
        while(1){   /*子进程运行内容*/
            printf("in the spawned child process ... \n");
            sprintf(Sendbuf,"TEST data:%d \n",i);               //组合需要发送的数据内容
            if(i%2)                                             //计数值对2取余数
            {
                close(Upipe[OUTPUT]);                            //管壁输入
                write(Upipe[INPUT],Sendbuf, strlen(Sendbuf));
            }
            
            i++;
            if(i>100000)
            {
                i=0;
            }
            sleep(1);
        }
    } else {
        while(1){ /*主进程运行内容*/
            printf("in the spawned parent process ... \n");
            close(Upipe[INPUT]);
            returned_count = read(Upipe[OUTPUT],buf, sizeof(buf));
            printf("%d bytes of data received from spawned prcess :%s \n",returned_count, buf);
            sleep(1);
        }
    }

}

四、编译运行

1、编译命令：

gcc  -g -o UnnamedPipes  UnnamedPipes.c

2、运行命令

./UnnamedPipes

3、运行输出效果如下图：

五、总结

管道写操作流程如下：
写之前先锁定内存。
获取可写的缓冲区，若可写则循环写。
若不可写，则唤醒读进程，同时写进程进行休眠，让出 CPU。

读的操作很简单，操作如下：
读之前先锁定内存。
从缓冲区中获取数据页，把页中数据拷贝到用户缓冲区中。
数据全部被读完，则发送信号唤醒写进程，同时读进程让出 CPU 进行休眠。

管道也称无名管道，是 UNIX 系统中进程间通信(IPC)中的一种。
管道由于是无名管道，因此只能在有亲缘关系的进程间使用。
管道不是普通的文件，它是基于内存的。
管道属于半双工，数据只能从一方流向另一方，也即数据只能从一端写，从另一端读。
管道中读数据是一次性的操作，数据读取后就会释放空间，让出空间供更多的数据写。
管道写数据遵循先入先出的原则。

注意，在这个例子中，为什么这两个进程都关闭它所不需的管道端呢？

这是因为写进程完全关闭管道端时，文件结束的条件被正确地传递给读进程。而读进程完全关闭管道端时，写进程无需等待继续写数据。

阻塞读和写分别成为对空和满管道的默认操作，这些默认操作也可以改变，这就需要调用 fcntl() 系统调用，对管道文件描述符设置 O_NONBLOCK 标志可以忽略默认操作：

#include 

fcntl（fd,F_SETFL,O_NONBlOCK）;

管道作为进程通信的一种方法，在实际开发中也是经常会使用的。上述例程是一个简单的运用例子。读者自行参考学习使用。
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