Linux管道(匿名PIPE)

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管道基本概念

    管道是Unix中最古老的进程间通信的形式。

    我们把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个“管道”

      如:ps aux | grep httpd | awk ‘{print $2}‘

管道示意图

管道的本质

    固定大小的内核缓冲区

管道限制

    1)管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道;

    2)匿名管道只能用于具有共同祖先的进程(如父进程与fork出的子进程)之间进行通信;[通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父子进程共享该管道]

匿名管道pipe

[cpp] view plaincopy

1. SYNOPSIS  
2.        #include <unistd.h>  
3.        int pipe(int pipefd[2]);  

功能

    创建无名管道

参数

   Pipefd:文件描述符数组,其中pipefd[0]表示读端,pipefd[1]表示写端

管道创建示意图

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1. //自己实现管道  
2. void err_exit(string str);  
3.   
4. int main()  
5. {  
6.     int pipefd[2];  
7.     if (pipe(pipefd) == -1)  
8.         err_exit("pipe error");  
9.   
10.     pid_t pid;  
11.     if ((pid = fork()) < 0)  
12.         err_exit("fork error");  
13.     if (pid == 0)   //In Child, Write pipe  
14.     {  
15.         close(pipefd[0]);  
16.         //使得STDOUT_FILENO也指向pipefd[1],亦即ls命令的输出将打印到管道中  
17.         dup2(pipefd[1],STDOUT_FILENO);  
18.         //此时可以关闭管道写端  
19.         close(pipefd[1]);  
20.   
21.         execlp("/bin/ls","/bin/ls",NULL);  
22.   
23.         //如果进程映像替换失败,则打印下面出错信息  
24.         fprintf(stderr,"Child: execlp error");  
25.         exit(0);  
26.     }  
27.   
28.     //In Parent  
29.     close(pipefd[1]);  
30.     //使得STDIN_FILENO也指向pipefd[2],亦即wc命令将从管道中读取输入  
31.     dup2(pipefd[0],STDIN_FILENO);  
32.     //此时可以关闭管道读端  
33.     close(pipefd[0]);  
34.     execlp("/usr/bin/wc","/usr/bin/wc","-w",NULL);  
35.   
36.     //如果进程映像替换失败,则打印下面出错信息  
37.     fprintf(stderr,"Parent: execlp error");  
38.   
39.     return 0;  
40. }  
41.   
42. void err_exit(string str)  
43. {  
44.     perror(str.c_str());  
45.     exit(EXIT_FAILURE);  
46. }  

示例:管道编程实践

[cpp] view plaincopy

1. void err_exit(string str);  
2.   
3. int main()  
4. {  
5.     int pipefd[2];  
6.     int ret;  
7.     if ((ret = pipe(pipefd)) != 0)  
8.     {  
9.         err_exit("pipe error");  
10.     }  
11.   
12.     pid_t pid = fork();  
13.     if (pid == -1)  
14.     {  
15.         err_exit("fork error");  
16.     }  
17.   
18.     if (pid == 0)   //In Child, Write pipe  
19.     {  
20.         close(pipefd[0]);   //Close Read pipe  
21.         string str("I Can Write Pipe from Child!");  
22.   
23.         write(pipefd[1],str.c_str(),str.size());    //Write to pipe  
24.         close(pipefd[1]);  
25.         exit(0);  
26.     }  
27.   
28.     //In Parent, Read pipe  
29.     close(pipefd[1]);   //Close Write pipe  
30.     char buf[1024];  
31.     memset(buf,0,sizeof(buf));  
32.     read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));    //Read from pipe  
33.     cout << "Read from pipe: " << buf << endl;  
34.     close(pipefd[0]);  
35.   
36.     return 0;  
37. }  
38.   
39. void err_exit(string str)  
40. {  
41.     perror(str.c_str());  
42.     exit(EXIT_FAILURE);  
43. }  

匿名管道读写规则

1)管道空时

    O_NONBLOCK disable：read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止。

    O_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。

2)管道满时

    O_NONBLOCK disable： write调用阻塞，直到有进程读走数据

    O_NONBLOCK enable：调用返回-1，errno值为EAGAIN

3)管道不停被写,写满

    O_NONBLOCK disable： write调用阻塞(Block)

    O_NONBLOCK enable：调用返回-1，errno值为EAGAIN

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1. //示例:设置父进程Unblock读PIPE  
2. int main()  
3. {  
4.     int pipefd[2];  
5.     int ret;  
6.     if ((ret = pipe(pipefd)) != 0)  
7.     {  
8.         err_exit("pipe error");  
9.     }  
10.   
11.     pid_t pid = fork();  
12.     if (pid == -1)  
13.     {  
14.         err_exit("fork error");  
15.     }  
16.   
17.     if (pid == 0)   //In Child, Write pipe  
18.     {  
19.         sleep(10);  
20.         close(pipefd[0]);   //Close Read pipe  
21.         string str("I Can Write Pipe from Child!");  
22.   
23.         write(pipefd[1],str.c_str(),str.size());    //Write to pipe  
24.         close(pipefd[1]);  
25.         exit(0);  
26.     }  
27.   
28.     //In Parent, Read pipe  
29.     close(pipefd[1]);   //Close Write pipe  
30.     char buf[1024];  
31.     memset(buf,0,sizeof(buf));  
32.   
33.     //Set Read pipefd UnBlock!  
34.     int flags = fcntl(pipefd[0],F_GETFL);  
35.     flags |= O_NONBLOCK;  
36.     ret = fcntl(pipefd[0],F_SETFL,flags);  
37.     if (ret != 0)  
38.     {  
39.         err_exit("Set UnBlock error");  
40.     }  
41.   
42.     int readCount = read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));    //Read from pipe  
43.     if (readCount < 0)  
44.     {  
45.         //read立刻返回,不再等待子进程发送数据  
46.         err_exit("read error");  
47.     }  
48.     cout << "Read from pipe: " << buf << endl;  
49.     close(pipefd[0]);  
50.   
51.     return 0;  
52. }  

4)如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0

[cpp] view plaincopy

1. int main()  
2. {  
3.     int pipefd[2];  
4.     int ret;  
5.     if ((ret = pipe(pipefd)) != 0)  
6.     {  
7.         err_exit("pipe error");  
8.     }  
9.   
10.     pid_t pid = fork();  
11.     if (pid == -1)  
12.     {  
13.         err_exit("fork error");  
14.     }  
15.   
16.     if (pid == 0)   //In Child  
17.     {  
18.         //close all  
19.         close(pipefd[0]);  
20.         close(pipefd[1]);  
21.         exit(0);  
22.     }  
23.   
24.     //In Parent  
25.     sleep(1);  
26.     close(pipefd[1]);   //Close Write pipe, Now all pipefd[1] Closed!!!  
27.     char buf[1024];  
28.     memset(buf,0,sizeof(buf));  
29.   
30.     int readCount = read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));    //Read from pipe  
31.     if (readCount == 0)  
32.     {  
33.         cout << "OK, read 0 byte" << endl;  
34.     }  
35.     close(pipefd[0]);  
36.   
37.     return 0;  
38. }  

5)如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE

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1. void onSignalAction(int signalNumber)  
2. {  
3.     switch(signalNumber)  
4.     {  
5.     case SIGPIPE:  
6.         cout << "receive signal SIGPIPE: " << signalNumber << endl;  
7.         break;  
8.     default:  
9.         cout << "other signal" << endl;  
10.         break;  
11.     }  
12. }  
13.   
14. int main()  
15. {  
16.     if (signal(SIGPIPE,onSignalAction) != 0)  
17.     {  
18.         err_exit("signal error");  
19.     }  
20.   
21.     int pipefd[2];  
22.     int ret;  
23.     if ((ret = pipe(pipefd)) != 0)  
24.     {  
25.         err_exit("pipe error");  
26.     }  
27.   
28.     pid_t pid = fork();  
29.     if (pid == -1)  
30.     {  
31.         err_exit("fork error");  
32.     }  
33.   
34.     if (pid == 0)   //In Child, Write pipe  
35.     {  
36.         //Wait Parent Close pipefd[0]  
37.         sleep(1);  
38.         close(pipefd[0]);  
39.         string str("I Can Write Pipe from Child!");  
40.   
41.         write(pipefd[1],str.c_str(),str.size());    //Write to pipe  
42.         close(pipefd[1]);  
43.         exit(0);  
44.     }  
45.   
46.     //In Parent, Close All Pipe  
47.     close(pipefd[1]);  
48.     close(pipefd[0]);  
49.   
50.     wait(NULL);  
51.     return 0;  
52. }  

Linux PIPE特征

    1)当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，Linux将保证写入的原子性。

    2)当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，Linux将不再保证写入的原子性。

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1. //示例:测试PIPE_BUF大小  
2. int main()  
3. {  
4.     int pipefd[2];  
5.     int ret = pipe(pipefd);  
6.     if (ret < 0)  
7.     {  
8.         err_exit("pipe error");  
9.     }  
10.   
11.     int flags = fcntl(pipefd[1],F_GETFL);  
12.     flags |= O_NONBLOCK;  
13.     ret = fcntl(pipefd[1],F_SETFL,flags);  
14.     if (ret < 0)  
15.     {  
16.         err_exit("fcntl error");  
17.     }  
18.   
19.     //Write test  
20.     unsigned int countForTestPipe = 0;  
21.     while (true)  
22.     {  
23.         ret = write(pipefd[1],"a",1);  
24.         if (ret < 0)  
25.         {  
26.             break;  
27.         }  
28.         ++ countForTestPipe;  
29.     }  
30.   
31.     cout << "size = " << countForTestPipe << endl;  
32. }  
33.   
34. /**测试结果:Ubuntu 14.04 X64 
35. 　　xiaofang@xiaofang-Lenovo-G470:~/apue/it$ ./main  
36. 　　size = 65536 
37. */  

附-管道容量查询

    man 7 pipe

附-深入理解文件描述符

[cpp] view plaincopy

1. int main()  
2. {  
3.     close(STDIN_FILENO);  
4.     if (open("readfile.txt",O_RDONLY) == -1)  
5.     {  
6.         err_exit("open read error");  
7.     }  
8.     close(STDOUT_FILENO);  
9.     if (open("writefile.txt",O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT,0644) == -1)  
10.     {  
11.         err_exit("open write error");  
12.     }  
13.   
14.     if (execlp("/bin/cat","/bin/cat",NULL) == -1)  
15.     {  
16.         err_exit("execlp error");  
17.     }  
18.   
19.     return 0;  
20. } 

Linux管道(匿名PIPE)

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原文地址：http://www.cnblogs.com/yuyanbian/p/4120881.html