IPC（一）—— 匿名管道 pipe

IPC 方法

Linux环境下，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间。任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程和进程之间不能相互访问，要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信（IPC，InterProcess Communication）。
常用的进程间通信的方式有：

• 管道 (使用最简单)
• 信号 (开销最小)
• 共享映射区 (无血缘关系)
• 本地套接字 (最稳定)

管道

管道是一种最基本的 IPC 机制，作用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。调用 pipe 系统函数即可创建一个管道。
【管道的原理】: 管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。
【管道的特征】：

• 其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)；
• 由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端；
• 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出；

【管道的局限性】：

• 数据自己读不能自己写；
• 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取；
• 由于管道采用半双工通信方式。因此，数据只能在一个方向上流动，双向通信需建立两个管道；
• 只能在有公共祖先（父子、兄弟进程）的进程间使用管道；

pipe

创建管道。

• SYNOPSIS

  #include 
  
  int pipe(int pipefd[2]);
  

• DESCRIPTION
  • pipefd[2]：传出参数，函数调用成功返回 r/w 两个文件描述符；规定：fd[0] → r； fd[1] → w。无需open，但需手动close。向管道文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。
• RETURN VALUE
  成功：0；失败：-1，设置errno。
• USAGE
  管道创建成功以后，创建该管道的进程（父进程）同时掌握着管道的读端和写端。父子进程间的通信通常可以采用如下步骤。
  

1. 父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的读端和写端；
2. 父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道；
3. 父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。由于管道是利用环形队列实现的，数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信；

管道的读写行为

• 读管道：
  • 管道中有数据：read返回实际读到的字节数；
  • 管道中无数据：
    • 管道写端被全部关闭，read返回0 (好像读到文件结尾)；
    • 写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)
• 写管道：
  • 管道读端全部被关闭：进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止)
  • 管道读端没有全部关闭：
    • 管道已满，write阻塞；
    • 管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数；

管道缓冲区大小

使用ulimit –a 命令来查看当前系统中创建管道文件所对应的内核缓冲区大小，通常为4K大小；

示例

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
	pid_t pid;
	int pipefd[2] = {0};
	char buf[1024] = {0};
	char *str = "hello pipe\n";
	int len;

	if (-1 == pipe(pipefd))
		perror("pipe");

	pid = fork();
	if (-1 == pid) {
		perror("fork error");
	} else if (pid == 0) {
		close(pipefd[1]);
		len = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));
		write(STDOUT_FILENO, buf, len);
		
	} else {
		close(pipefd[0]);
		write(pipefd[1], str, strlen(str));
		wait(NULL);
	}

	return 0;
}