Linux處理序間通訊（IPC）之一——管道

1 管道（Pipe）

     管道是UNIX系統IPC的最古老的形式，並且所有的Unix系統都提供這種通訊機制，當然也包括Linux。這樣利用管道進行IPC管道具有如下限制：

1、曆史原因造成管道是半雙工的，資料只能單向流動。如果想雙向通訊，必須要建立兩個管道。

2、管道通訊雙方必須有親緣關係的進程之間（父子進程或者兄弟進程之間）。

2 管道的建立

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

     經由pipefd參數返回兩個檔案描述符，pipefd[0]描述符用來讀取管道中的資料，可以簡稱為管道的讀端；pipefd[1]檔案描述符用來向管道寫入資料，簡稱為管道的寫端。

    
返回的pipefd描述符都位於同一個進程中，沒有任何意義。通常調用pipe的進程緊接著調用fork，這樣就可以建立從父進程到子進程的管道（父進程
關閉pipefd[0]，子進程關閉pipefd[1]）或者從子進程到父進程的通訊（父進程關閉pipefd[1]，子進程關閉pipefd[0]），
用管道進行處理序間通訊了。

3 管道的讀寫

    
管道的讀寫是通過系統調用read和write完成的。pipefd[0]和pipefd[1]分別對應管道的讀端和寫端，pipefd[0]描述符用來
讀取管道中的資料，pipefd[1]檔案描述符用來向管道寫入資料。如果向pipefd[0]寫資料，或者向pipefd[1]讀資料都將會得到錯誤。

     當管道一端關閉之後，遵循如下規則：

1、當所有的寫端都關閉時，當管道中所有的資料都被讀取後，read將會返回0，以指示達到了檔案末尾。理論上如果還有進程沒有關閉管道的寫端的話，讀端將不會到達檔案末尾。

2、如果管道的讀端已經關閉，再向管道寫資料的話，將會產生SIGPIPE訊號。預設SIGPIPE訊號處理是結束當前進程，如果當前進程忽略SIGPIPE訊號，則write函數返回-1，errno置為EPIPE。

    
系統常量PIPE_BUF定義了管道的大小。該系統常量定義在limits.h中，運行期可以通過pathconf或者fpathconf系統調用查詢
PIPE_BUF的值。Linux中PIPE_BUF的值為4096，假如你在編寫可移植的程式，請用PIPE_BUF這個宏，而不要用4096這個數值
（不同Unix系統上面PIPE_BUF值的大小是不一樣的）。

    
對管道寫入資料小於等於PIPE_BUF時，系統保證這個寫入操作是原子操作，write將會一次性寫入管道，並返回，當系統多個進程寫管道時，將保證不
會穿插寫入。如果寫入資料量大於PIPE_BUF，則系統將不再保證寫入操作為原子操作，當管道有空間，write就將會寫入一部分資料，當所有的資料都
寫入管道之後，write返回，當有多個進程同時寫管道時，將會出現穿插寫入的情況。

4 管道應用執行個體

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <errno.h>#include <stdlib.h>int main(void){int n;int fd[2];pid_t pid;char line[1024];if(pipe(fd) < 0){fprintf(stderr, "pipe error: %s\n", strerror(errno));exit(-1);}if((pid = fork()) < 0){fprintf(stderr, "fork error: %s\n", strerror(errno));exit(-1);}else if(pid > 0) /* Parent */{close(fd[1]);n = read(fd[0], line, 1024);write(STDOUT_FILENO, line, n);}else /* Child */{close(fd[0]);write(fd[1], "Hello World\n", 12);}}

通過例子我們可以看到，管道資料流向是從子進程到父進程的。父進程關閉了管道的寫端，保留管道的讀端，而子進程則關閉了管道的讀端，而保留管道的寫端。

5 管道的總結

通過上面的描述，我們可以總結一下他的特點：

1、資料單向流動。

2、沒有管道命名，所以只能在有親緣關係的進程間傳遞資料。

3、管道的大小為PIPE_BUF，寫入資料不大於這個值則系統保證為原子操作，否則不保證為原子操作。

4、管道所傳遞的為無格式位元組流。所以需要管道兩端的進程之間事先定義好傳輸協議。

 

參考資料：

UNIX環境進階編程（AUPE）

Linux環境處理序間通訊（一）

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