前言
管道是Linux中最古老的进程间通信的方式,本文介绍了进程间通信的相关概念，主要介绍了匿名管道和命名管道。
一、进程间通信
1.概念
什么是进程间通信？
进程具有独立性，每个进程之间是互不干扰的状态，但是一个大的项目，不会只让一个进程独立完成所有工作，所以进程间是一定会有通信的情况，同时进程间通信的成本一定不低（通信的本质：OS需要直接或间接给通信双方的进程提供“内存空间”，而要通信的进程，必须看到一份公共的资源）。
成本不低的原因：我们需要让不同的进程看到同一份资源。
2.目的
进程间通信的目的是：
- 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程；
- 资源共享：多个进程之间共享同一个资源；
- 通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某件事（例如：子进程终止时，要通知父进程）；
- 进程控制：有的进程希望完全控制另一个进程大的执行（例如：Debug进程）。
为什么需要进程间通信？
有时候我们需要多进程协同，共同完成某种业务内容。例如：管道。
3.进程间通信分类
我们所说的不同通信种类本质上是按照：上面所说的资源是OS中的哪一个模块提供的来划分的。如：文件系统提供的叫做管道通信；OS对应的System V模块提供的……
- 采用标准的做法：System V进程间通信（聚焦在本地通信，如共享内存）、POSIX进程间通信（让通信过程可以跨主机）；
- 采用文件的做法：管道——基于文件系统（匿名管道、命名管道）。
本文主要介绍的是管道。
二、管道
1.管道介绍
- 管道是Unix中最古老的进程间通信的方式，我们把连接两个进程的数据流称为“管道”。
- 任何一个文件包括两套资源：1.file的操作方法；2.属于自己的内核缓冲区。所以父子进程有一份公共的资源：文件系统提供的内核缓冲区，父进程可以向对应的文件的文件缓冲区写入，子进程可以在对应的文件缓冲区读取，这样就可以完成进程间通信。这种方式中被子进程写入和父进程读取的文件，我们称为管道文件。管道文件本质就是内存级文件（不需要IO）。
- 两个进程如何看到同一个管道文件？
fork创建子进程，管道创建时，要分别以读和写的方式打开同一个文件（如果父进程是以只读或只写的方式（其中一种方式）打开文件，子进程也只会继承只读或者只写，父子双方打开文件的方式一样，导致无法完成单向通信）
父子进程正确进行管道通信的方式： - 父进程创建管道，同时具有读写权限。
- 父进程创建子进程，子进程继承管道以及对管道的读写
- 父进程关闭读取端，子进程关闭写入端。自此父进程只能向管道中写入，子进程只能从管道中读取，完成了父子进程的单向通讯。
2.管道分类
管道根据是否具有文件名，分为匿名管道和有名管道。
1.匿名管道
通过父进程创建子进程，子进程继承文件地址的方式，让父子进程看到同一个内存级文件，该内存级文件没有名称，则就称为匿名管道。匿名管道可以用来进行父进程和子进程之间的进程间通信。
pipi
pipi创建一个管道，只需要调用pipe系统调用。
它的头文件是unistd.h；调用成功就返回0，调用失败就返回-1；其参数是输出型参数。
创建管道文件，打开读写端
1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<assert.h> 4 int main() 5 { 6 int fds[2]; 7 int n = pipe(fds); 8 assert(n == 0); 9 printf("fds[0]:%d\n",fds[0]); 10 printf("fds[1]:%d\n",fds[1]); 11 return 0; 12 }
因此，fds[0]:3代表读取，fds[1]:4代表写入；
fork子进程
1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<assert.h> 4 int main() 5 { 6 int fds[2]; 7 int n = pipe(fds); 8 assert(n == 0); 9 pid_t id = fork(); 10 assert(id >= 0); 11 if(id == 0)//子进程 12 { 13 //子进程通信 14 exit(0); 15 } 16 //父进程 17 n = waitpid(id, NULL, 0); 18 assert(n == id); 19 return 0; 20 }
关闭父进程的写入端，关闭子进程的读取端
1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<assert.h> 4 #include<sys/types.h> 5 #include<sys/stat.h> 6 #include<fcntl.h> 7 #include<sys/wait.h> 8 #include<string.h> 9 #include<stdlib.h> 10 int main() 11 { 12 int fds[2]; 13 int n = pipe(fds); 14 assert(n == 0); 15 pid_t id = fork(); 16 assert(id >= 0); 17 if(id == 0)//子进程 18 { 19 //子进程通信,关闭子进程的读取端，即子进程进行写入 20 close(fds[0]); 21 const char* s = "你好，我是子进程，正在进行通信"; 22 int cnt = 0; 23 while(1) 24 { 25 cnt++; 26 char buffer[1024]; 27 snprintf(buffer, sizeof buffer, "child -> parent say:%s [%d], [%d]",s,cnt,getpid()); 28 write(fds[1], buffer, strlen(buffer)); 29 sleep(1);//每一秒写一次 30 } 31 close(fds[1]);//退出子进程前关闭文件写入端 32 exit(0); 33 } 34 //父进程 35 close(fds[1]);//父进程关闭写入端，即父进程进行读取 36 while(1) 37 { 38 char buffer[1024]; 39 ssize_t s = read(fds[0], buffer, sizeof(buffer) - 1); 40 if(s > 0) buffer[s] = 0; 41 printf("Get Message : %s | mypid = %d\n", buffer, getpid()); 42 } 43 n = waitpid(id, NULL, 0); 44 assert(n == id); 45 close(fds[0]);//退出程序前，关闭读取端 46 return 0; 47 }
读写特征
- 读快，写慢
子进程休眠时，不再写入，父进程仍在读取（如果管道内没有数据，而读端在读取，则会默认直接阻塞当前正在读取的进程）；
1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<assert.h> 4 #include<sys/types.h> 5 #include<sys/stat.h> 6 #include<fcntl.h> 7 #include<sys/wait.h> 8 #include<string.h> 9 #include<stdlib.h> 10 int main() 11 { 12 int fds[2]; 13 int n = pipe(fds); 14 assert(n == 0); 15 pid_t id = fork(); 16 assert(id >= 0); 17 if(id == 0)//子进程 18 { 19 //子进程通信,关闭子进程的读取端，即子进程进行写入 20 close(fds[0]); 21 const char* s = "你好，我是子进程，正在进行通信"; 22 int cnt = 0; 23 while(1) 24 { 25 cnt++; 26 char buffer[1024]; 27 snprintf(buffer, sizeof buffer, "child -> parent say:%s [%d], [%d]",s,cnt,getpid()); 28 write(fds[1], buffer, strlen(buffer)); 29 sleep(50);//每一秒写一次 30 } 31 close(fds[1]);//退出子进程前关闭文件写入端 32 exit(0); 33 } 34 //父进程 35 close(fds[1]);//父进程关闭写入端，即父进程进行读取 36 while(1) 37 { 38 char buffer[1024]; 39 printf("!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n"); 40 ssize_t s = read(fds[0], buffer, sizeof(buffer) - 1); 41 printf("888888888888888888888888888888888888!!\n"); 42 if(s > 0) buffer[s] = 0; 43 printf("Get Message : %s | mypid = %d\n", buffer, getpid()); 44 } 45 n = waitpid(id, NULL, 0); 46 assert(n == id); 47 close(fds[0]);//退出程序前，关闭读取端 48 return 0; 49 }
2.读慢写快
读取管道的进程一直不进行读取，而写端一直在写入。写端可以向管道内写入，但是管道是固定大小的缓冲区，不断的只写不读管道会被写满。满了以后就不能再写入了，此时写端会处于阻塞状态。
文件test.c
1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<assert.h> 4 #include<sys/types.h> 5 #include<sys/stat.h> 6 #include<fcntl.h> 7 #include<sys/wait.h> 8 #include<string.h> 9 #include<stdlib.h> 10 int main() 11 { 12 int fds[2]; 13 int n = pipe(fds); 14 assert(n == 0); 15 pid_t id = fork(); 16 assert(id >= 0); 17 if(id == 0)//子进程 18 { 19 //子进程通信,关闭子进程的读取端，即子进程进行写入 20 close(fds[0]); 21 const char* s = "你好，我是子进程，正在进行通信"; 22 int cnt = 0; 23 while(1) 24 { 25 cnt++; 26 char buffer[1024]; 27 snprintf(buffer, sizeof buffer, "child -> parent say:%s [%d], [%d]",s,cnt,getpid()); 28 write(fds[1], buffer, strlen(buffer)); 29 printf("count: %d\n",cnt); 30 } 31 close(fds[1]);//退出子进程前关闭文件写入端 32 exit(0); 33 } 34 //父进程 35 close(fds[1]);//父进程关闭写入端，即父进程进行读取 36 while(1) 37 { 38 sleep(50);//父进程不读 39 char buffer[1024]; 40 ssize_t s = read(fds[0], buffer, sizeof(buffer) - 1); 41 if(s > 0) buffer[s] = 0; 42 printf("Get Message : %s | mypid = %d\n", buffer, getpid()); 43 } 44 n = waitpid(id, NULL, 0); 45 assert(n == id); 46 close(fds[0]);//退出程序前，关闭读取端 47 return 0; 48 }
如果，让父进程只sleep(2)的话，读取的速度稍微比较慢：
这种情况，写端是将数据塞到管道内，管道读取是安装指定大小读取（并非一行一行的读取，最初安装一行来读取是因为写入的慢，一次只写一行数据，数据就被读取了）。
