进程间通信(IPC机制)——管道

一.管道的介绍

管道是进程间通信工具，管道包括无名管道和有名管道。前者在父子进程中流行，后者由于可独立成磁盘文件形式存在，能够被无血缘关系的进程共享管道是一种队列类型的数据结构，他的数据从一端输入，另一端输出。其最常见应用是连接两个进程的输入输出，即把一个进程的输出作为另一个进程的输入。

二.有名管道

有名管道可以在任意两个进程之间通信。

1. 有名管道的创建：

有名管道的创建：

1. 命令创建： mkfifo + 管道名
2. 系统调用创建

创建有名管道所需要的头文件：fcntl

2. 有名管道的使用举例：

进程 a 从键盘获取的数据循环传递给另一个进程 b。
我们可以用创建一个文件，a从键盘获取字符串存放到文件中，b从文件中读取。但是文件是存在磁盘上的，速度没有管道快，而且从文件读不到数据不会等待，但是管道不一样，b从管道读不到数据会阻塞，直到a又向管道中写入数据。

写端：

#include
#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:\n");

        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);
}

读端：

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

int main()
{
    int fd = open("fifo",O_RDONLY);
    assert(fd != -1);
    printf("FIFO open success\n");

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

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

    close(fd);
    exit(0);
}

（1）如果读端或者写端先打开，那么将会在open阻塞住 ，直至另一端也打开管道。
（2）写端和读端都打开后，读端会在read处阻塞，写端向管道中写入数据后，读端才正常执行read，执行完继续在read阻塞。
（3）如果读端关闭，写端在向管道输入数据后会触发信号（SIGPIPE）自动退出。
（4）如果写端关闭，读端read函数值会返回0。

三.无名管道

无名管道主要应用于父子进程间的通信。

1.无名管道的创建

使用pipe()可以对无名管道进行创建 创建成功返回 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

2.无名管道的使用举例

代码：

#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)
    {
    	close(fd[1]);
        char buff[128] = {0};
        read(fd[0],buff,127);
        printf("child read:%s\n",buff);
        close(fd[0]);
    }
    else
    {
    	close(fd[0]);
        char buff[128] = {0};
        printf("please input(less 128):\n");
        fgets(buff,128,stdin);
        write(fd[1],buff,strlen(buff)-1);
        close(fd[1]);
    }
    
    exit(0);
}

四.管道的实现

写入从头指针开始，读取从尾指针开始。写入之后，头指针挪动，读取之后尾指针挪动。
如果是头指针赶上尾指针，那么管道被写满，写就会被阻塞。如果是尾指针赶上头指针，那么管道为空，read阻塞。

五.相关面试题

1. 管道的通信方式是什么？怎么理解管道是这种通信方式？
   管道的通信方式是半双工通信；
   由于Linux一个命令只能完成一个功能，所以一个复杂点的任务需要好几个进程协同完成，第一个进程处理结果需交给第二个进程，然后一次交给第三个，等等，像流水线完成某个商品的生产一样，这个过程只需要数据单向往下传输，所以设计的时候做成了半双工。
   当然也可以使用管道实现双工通信，需要两个管道。

2. 三种通信方式是什么？有哪些区别？
   单工通信：传输方向只有一个方向，单工通信只有一根数据线，它也只在一个方向上进行，如打印机、电视机等。
   半双工通信：可以双向通信，但只能轮流传输，也只有一根数据线，不同于单工通信的是这根数据线即可作为发送又可作为接收，虽数据可在两个方向上传送，但通信双方不能同时收发数据。
   全双工通信：可以同时双向传输数据，数据的发送和接收用两根不同的数据线，通信双方在同一时刻都能进行发送和接收，发送和接收同时进行，没有延迟。

3. 有名管道和无名管道的区别是什么？
   有名管道可以在任意两个进程间可以通信。
   无名管道只能在父子进程间通信。

4. 写入管道的数据存储在哪里？
   写入管道的数据存储在内存中。