【Linux】进程间通信机制——管道

进程间通信机制

进程间通信机制又称IPC机制，包括管道、信号量、共享内存、消息队列、套接字。
今天先简单介绍一下IPC机制之一的管道。

管道

在Linux系统中操作时，你一定会用到管道。
管道可以用来在两个进程之间传递数据，比如：

ps -ef | grep “bash”

其中‘|’就是管道，其作用就是将 ps 命令的结果写入管道文件，然后 grep 再从管道文件中读出该数据进行过滤。
那么现在大家可以思考一个问题：
如果进程 a 要将从键盘获取的数据循环传递给另一个进程 b， 用已具备的知识思考应该如何完成？
我们可以有很多种方法，比如：把进程a获取的数据放在一个文件中，然后再让进程b去获取。
但是，我们知道文件是存放在磁盘中的，从磁盘中获取数据速度肯定是非常慢的，那么我们可以把他放在内存中可以加快获取速度。
而我们的管道就是存放在内存中的，可以把进程a的数据暂时放在管道中，进程b从管道中获取数据。

有名管道

有名管道可以在任意两个进程之间通信。
有名管道的创建方法：

1. 命令创建：

mkfifo fifo //fifo是管道名

2. 系统调用创建

#include 
#include 
//filename 是管道名 mode 是创建的文件访问权限
int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);

命令创建结果如图：

现在我们通过有名管道来解决我们刚才思考的问题。
进程a的代码如下：

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

int main()
{
	int fd = open("FIFO", O_WRONLY);
	assert(fd != -1);

	printf("open FIFO success\n");

	while(1)
	{
		printf("please input: ");
		char buff[128] = {0};

		fgets(buff, 128, stdin);

		write(fd, buff, strlen(buff) - 1);

		if(strncmp(buff, "end", 3) == 0)
		{
			break;
		}
	}
	
	close(fd);
	exit(0);
}

进程b的代码如下：

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

int main()
{
	int fd = open("FIFO", O_RDONLY);
	assert(fd != -1);

	printf("open FIFO success\n");

	while(1)
	{
		char buff[128] = {0};
		int n = read(fd, buff, 127);

		if(n <= 0 || 0 == strncmp(buff, "end", 3))
		{
			break;
		}

		printf("%s\n", buff);
	}

	close(fd);
	exit(0);
}

运行结果如下：

无名管道

无名管道主要应用于父子进程间的通信。
无名管道的创建方式：

#include 
/*
pipe()成功返回 0，失败返回-1
fds[0]是管道读端的描述符
fds[1]是管道写端的描述符
*/
int pipe(int fds[2]);

无名管道代码演示：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
	int fd[2];

	int res = pipe(fd);
	assert( res != -1 );

	pid_t pid = fork();

	assert( pid != -1 );

	if( pid == 0 )//子进程操作
	{
	    close(fd[1]);//关闭写端
		char buff[128] = {0};
		read(fd[0], buff, 127);
		printf("child read: %s\n", buff);
		close(fd[0]);//关闭读端
	}
	else
	{
		close(fd[0]);
		write(fd[1], "hello", 5);
		close(fd[1]);
	}

	exit(0);
}

运行结果如下：

管道的特点

• 无论有名还是无名，写入管道的数据都在内存中
• 管道是一种半双工通信方式（通信方式有单工、半双工、全双工）
• 有名和无名管道的区别：有名可以在任意进程间使用，而无名主要在父子进程间。

那么管道是怎样实现的呢？
管道其实像一个循环队列一样，有头指针和尾指针控制管道间的数据。
具体表现为下图：