概述

管道是?UNIX系統?IPC的最古老的形式，所有的UNIX系統都提供此種通信。所謂的管道，也就是內核里面的一串緩存，從管道的一段寫入的數據，實際上是緩存在內核中的，令一端讀取，也就是從內核中讀取這段數據。對于管道傳輸的數據是無格式的流且大小受限。對于管道來說，也分為匿名管道和命名管道，其中命名管道也被叫做 FIFO，下面則分別闡述這兩種管道。

匿名管道

默認情況下，在?Shell命令執行過程中，任何一個命令都有一個標準輸入設備（鍵盤）、標準輸出設備（顯示器）和標準輸出設備（顯示器），使用管道"|"可以將兩個命令連接起來，從而改變標準的輸入輸出方式,下面是在 Linux 端運行命令行的一個截圖：

image-20210704161819420

上述命令中的意思也就是，將ls命令得到的結果作為?grep tags命令的輸入。

image-20210704162803903

連接輸入輸出的中間設備即為一個管道文件，綜上，也就是說使用管道可以將一個命令的輸出作為另一個命令的輸入（在運行的時候，一個命令將創建一個進程），而這種管道是臨時的，命令執行完畢之后就會自動消失，這類管道稱為無名管道。

匿名管道例子

匿名管道在使用前要先創建，其函數的聲明如下：

?

extern?int?pipe?(int?__pipedes[2]);

?

此函數的參數是一個整型數組，如果執行成功，pipe 將存儲兩個整型文件描述符于__pipedes[0]和__pipedes[1]中，他們分別指向管道的兩端。如果系統調用失敗，則返回 -1。

讀無名管道，該函數的聲明如下：

?

extern?ssize_t?read?(int?__fd,?void?*__buf,?size_t?__nbytes);

?

第一個參數fd為打開的文件描述符，buf為讀出數據的存儲位置，nbytes為讀取數據的大小，調用 read 函數將從 fd 指向的文件描述符指定的打開文件中宏讀?n?字節到?buf?指向的緩沖區內。

如果試圖向已經填滿的管道寫入，系統會自動阻塞。一個管道不能同時被兩個進程打開。

?

extern?ssize_?t?write(int?__fd,?__const?void?*__buf,?size_t?__n);

?

從?buf指向的緩沖區中向管道中寫入nbytes字節，且每次寫入的內容都附件在管道的末端。

那要如何使用管道在兩個進程之間通信呢，我們可以使用?fork()創建子進程，創建的子進程會復制父進程的文件描述符，這樣就做到了兩個進程各有兩個fd[0]與fd[1]，兩個進程就可以通過各自的fd寫入和讀取同一個管道文件實現進程通信了，具體原理如下所示：

image-20210704170602297

具體的例子如下所示：

?

#include
#include
#include

int?main(int?argc,?char?*argv[])
{
????pid_t?pid;
????int?temp;
????int?pipedes[2];
????char?s[14]?=?"test?message!";
????char?d[14];

????if?(pipe(pipedes)?==?-1)?//?創建管道
????{
????????perror("pipe");
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}

????if?(pid?==?fork()?==?-1)
????{
????????perror("fork");
????????exit(EXIT_FAILURE);
????}
????else?if?(pid?==?0)??????//?子進程
????{
????????printf("now,write?data?to?pipe
");
????????if?(write(pipedes[1],?s,?14)?==?-1)???//?寫數據到管道
????????{
????????????perror("write");
????????????exit(EXIT_FAILURE);
????????}
????????else
????????{
????????????printf("the?written?data?is:%s
",s);
????????????exit(EXIT_SUCESS);
????????}
????}
????else?if?(pid?>?0)?????//?父進程
????{
????????slepp(2);
????????printf("now,?read?from?pipe
");
????????if?((read(pipedes[0],?d,?14))?==?-1)
????????{
????????????perror("read");
????????????exit(EXIT_FAILURE);
????????}
????????printf("the?data?from?pipe?is:%s
",d);
????}
????return?0;
}

?

代碼運行的結果如下所示：

image-20210704172243185

命名管道

命名管道又被稱之為是 FIFO ，未命名的管道只能在兩個相關的進程之間使用，而且這兩個相關的進程還要又一個共同創建了他們的祖先進程，但是，通過 FIFO ，不相關的進程也能交換數據。

首先，介紹下是如何創建命名管道的：

?

extern?int?mkfifo?(__const?char?*__path,?__mode_t?__mode);

?

mkfifo會根據參數建立特殊的有名管道文件，該文件必須不存在，而參數mode為該文件的權限。

下面是一個使用命名管道進行進程間通信的例子，例子分為兩個程序，分別是讀部分和寫部分,首先看先往管道寫數據的代碼，代碼如下所示：

?

#include??
#include??
#include??
#include??
#include??
#include??

int?main()?
{?
????int?fd;?

????//?FIFO?file?path?
????char?*?myfifo?=?"/tmp/myfifo";?

????//?Creating?the?named?file(FIFO)?
????//?mkfifo(,?)?
????mkfifo(myfifo,?0666);?

????char?arr1[80],?arr2[80];?
????while?(1)?
????{?
????????//?Open?FIFO?for?write?only?
????????fd?=?open(myfifo,?O_WRONLY);?
????????printf("The?fd?is:%d
",fd);

????????//?Take?an?input?arr2ing?from?user.?
????????//?80?is?maximum?length?
????????fgets(arr2,?80,?stdin);?

????????//?Write?the?input?arr2ing?on?FIFO?
????????//?and?close?it?
????????write(fd,?arr2,?strlen(arr2)+1);?
????????close(fd);?

????????//?Open?FIFO?for?Read?only?
????????fd?=?open(myfifo,?O_RDONLY);?

????????//?Read?from?FIFO?
????????read(fd,?arr1,?sizeof(arr1));?

????????//?Print?the?read?message?
????????printf("User2:?%s",?arr1);?
????????close(fd);?
????}?
????return?0;?
}

?

然后是先往管道讀數據的代碼，代碼如下所示：

?

#include??
#include??
#include??
#include??
#include??
#include??

int?main()?
{?
????int?fd1;?

????//?FIFO?file?path?
????char?*?myfifo?=?"/tmp/myfifo";?

????char?str1[80],?str2[80];?
????while?(1)?
????{?
????????//?First?open?in?read?only?and?read?
????????fd1?=?open(myfifo,O_RDONLY);?
????????printf("The?fd?is:%d
",fd1);
????????read(fd1,?str1,?80);?

????????//?Print?the?read?string?and?close?
????????printf("User1:?%s",?str1);?
????????close(fd1);?

????????//?Now?open?in?write?mode?and?write?
????????//?string?taken?from?user.?
????????fd1?=?open(myfifo,O_WRONLY);?
????????fgets(str2,?80,?stdin);?
????????write(fd1,?str2,?strlen(str2)+1);?
????????close(fd1);?
????}?
????return?0;?
}?

?

下面是代碼運行的一個結果：

i
mage-20210706132916572

說明一下，就是說當運行?write程序的時候，會創建fifo文件，命名管道，然后，在?write文件中就執行open操作，但是，這里存在的一個問題就是，因為在運行?write程序的時候，沒有進程打開讀端，也就阻塞了?open函數的運行,只有運行read操作，以讀的方式讀取管道的數據，這樣才能使得write中的open函數繼續執行。

綜上，也就是命名管道在進程中通信的一個例子。

小結

上述就是本次進程通信中關于管道的相關內容，其中就包括匿名管道以及命名管道，他們之間存在著差別嗎，也各有各的應用，本次的分享就到這里啦~