進程間通信之管道通信（匿名管道）

原創

2018-08-30 10:31

  Linux中，每個進程都有各自的地址空間及自己的用戶級頁表，映射到物理內存的不同地方，因此進程間互不影響，即進程間相互獨立。

那麼不同的進程要如何實現進程間通信呢？也就是進程間通信的本質，就是不同的進程通過看到公共資源來實現進程間通信，而這裏的公共資源一般由操作系統提供，不同的提供者、提供方式也決定了通信方式的不同。
進程間有五中通信方式，分別爲：匿名管道、命名管道、信號量、消息隊列、共享內存。這裏先介紹一下匿名管道通信。
匿名管道（pipe）
函數：int pipe(int pipefd[2]);
注：調用pipe函數時，首先在內核中開闢一塊緩衝區用於通信，它有一個讀端和一個寫端，然後通過pipefd參數傳出給用戶進程兩個文件描述符，pipefd[0]指向管道的讀端，pipefd[1]指向管道的寫段。在用戶層面看來，打開管道就是打開了一個文件，通過read()或者write()向文件內讀寫數據，讀寫數據的實質也就是往內核緩衝區讀寫數據。

返回值：成功返回0，失敗返回-1。

管道特徵：
1、管道只支持單向通信
2、管道通信只能用於有血緣關係的通信，常用於父子通信，只用於父子進程的管道（匿名管道）
3、管道的生命週期隨進程的結束而終止
4、管道是基於字節流通信的通信方式
5、管道內部已經實現同步機制，能夠保證數據一致性（保證數據的安全性，在寫數據的時候不會被別人讀，不會發生二義性）

實現進程通信步驟：
1、父進程調用pipe開闢管道，得到兩個文件描述符指向管道的兩端
2、父進程調用fork創建子進程，子進程也有兩個文件描述符指向管道的兩端
3、父進程關閉fd[0]（讀端），子進程關閉fd[1]（寫端）

例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
int main()
{
    int fds[2];
    if(pipe(fds)<0)
    {
        perror("pipe");
        return 1;
    }
    pid_t id=fork();//fork創建子進程
    if(id==0)
    {
        //child
        close(fds[0]);//子進程關閉讀端
        const char* child="hello father,I'm child";
        int i=0;
        while(i<10)
        {
            sleep(1);
            write(fds[1],child,strlen(child));
            i++;
        }
        exit(0);
    }
    else
    {
        //father
        close(fds[1]); //父進程關閉寫端
        char buf[1024];
        while(1)
        {
            ssize_t s=read(fds[0],buf,sizeof(buf)-1);
            if(s>0)
            {
                buf[s]=0;
                printf("father received:%s\n",buf);
            }
        }
    }
    pid_t ret=waitpid(id,NULL,0);
    if(ret>0)
    {
        printf("wait success!\n");
    }
}

運行結果：

父進程成功收到子進程寫入的字符串。

使用管道時有4種特殊情況：
1、讀端沒關閉，讀端沒有讀數據，寫端在寫數據，管道被寫滿時寫會阻塞，直到有空了才寫入數據返回（讀端沒有在讀，寫端一直在寫）

代碼驗證：

運行結果：

父進程執行3次讀操作後不再讀取數據，而子進程一直在在寫，管道寫滿時發生阻塞。

2、指向管道的進程描述符的寫端沒關閉，持有管道寫端的進程沒有向管道寫數據，此時有進程從管道讀端讀數據，管道剩餘數據讀取後，再次read會阻塞，知道有數據可讀纔讀取數據返回（讀方一直在讀，寫方沒有在寫）

代碼驗證：

運行結果：

3、管道讀端的文件描述符都關閉了，此時向管道的寫端寫，進程會收到信號SIGPIPE，通常導致進程異常終止
代碼驗證：

運行結果：

父進程的讀端read3次後關閉讀端，此時子進程依然在write，進程異常終止。
4、寫方前期一直在寫，某一時刻停止，並關閉寫端，讀方一直讀，讀到讀完管道內所有數據管道結束，read返回0值，表示讀到文件結尾
代碼驗證：

運行結果：