IPC之PIPE

　　管道是一种只允许用在有亲属关系的进程间通信的方式，由函数pipe创建一个管道，read,write进行读写操作。

       #include <unistd.h>

       int pipe(int pipefd[2]);

 参数pipefd[2]数组返回打开的读写描述符，pipefd[0]为读，pipefd[1]为写。

　　第一个问题:文件描述符怎么会出现一个只能读，一个只能写呢?猜想是对一个文件打开了2次，一个以只读打开，一个以只写打开。使用fcntl来验证下:

       #include <unistd.h>
       #include <fcntl.h>

       int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

       F_GETFL (void)
              Get the file access mode and the file status flags; arg is ignored.

cmd为F_GETFL时，最后一个参数arg被忽略。测试代码:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    int flags;
    int fd[2];

    if (pipe(fd) < 0)
    {
        perror("pipe error");
    }

    flags = fcntl(fd[0], F_GETFL,0);
    if ( flags < 0 )
    {
        perror("fcntl");
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
    }
    switch (flags & O_ACCMODE) 
    {
        case O_RDONLY:
            printf("read only
");
            break;

        case O_WRONLY:
            printf("write only
");
            break;

        case O_RDWR:
            printf("read write
");
            break;

        default:
            printf("unknown access mode
");
    }

    flags = fcntl(fd[1], F_GETFL,0);
    if ( flags < 0 )
    {
        perror("fcntl");
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
    }
    switch (flags & O_ACCMODE) 
    {
        case O_RDONLY:
            printf("read only
");
            break;

        case O_WRONLY:
            printf("write only
");
            break;

        case O_RDWR:
            printf("read write
");
            break;

        default:
            printf("unknown access mode
");
    }
    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
    exit(0);
}

运行结果:

read only
write only

与猜想相符。

　　数据的流向:

从图中可以看出，进程可以以pipefd[1]写完，然后以pipefd[0]读，自己写自己读，这条数据流是通的。 验证:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

#define MAXLINE     4096
int main(void)
{
    int flags;
    int fd[2], n;
    char buf[MAXLINE];
    if (pipe(fd) < 0)
    {
        perror("pipe error");
    }

    n = write(fd[1], "hello world
", MAXLINE);
    if ( n < 0 )
    {
        perror("write");
        goto end;
    }
    n = read(fd[0],buf, n);
    if ( n < 0 )
    {
        perror("read");
        goto end;
    }
    printf("read:%s
",buf);

end:
    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
    exit(0);
}

输出:

read:hello world

　　既然是进程间通信，那么管道在同一个进程中读写基本是没什么意义的，管道常用的方式是，先创建一个管道，然后fork，父子进程就共享了这个管道了。数据流向如图:

这样，管道的写端有2个进程操作，读端有2个进程操作。但是这样一来就出现了一个问题，假设父进程读，那么这个数据是它自己写进去的呢？还是子进程写进去的？无法区分。通常一个进程关闭它的读，另一个进程关闭它的写，这样，数据流向就只有一个方向了，数据来自谁就显而易见了。如图:

测试代码:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define MAXLINE     4096

int main(void)
{
    int n;
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char line[MAXLINE];

    if (pipe(fd) < 0)
        perror("pipe error");
    if ((pid = fork()) < 0)
    {
        perror("fork error");
    }
    else if (pid > 0)          /* parent */
    {
        close(fd[0]);
        write(fd[1], "hello world
", 12);
    }
    else                      /* child */
    {
        close(fd[1]);
        n = read(fd[0], line, MAXLINE);
        write(STDOUT_FILENO, line, n);
    }
    exit(0);
}

结果:

hello world

 　　读一个空的管道或者写一个满的管道都将导致阻塞，不过可以通过fcntl的F_SETFL设置为O_NONBLOCK，从而不阻塞。

　　当管道一端被关闭后，有下列2条规则：

　　1.当读一个写端所有文件描述符引用都已被关闭的管道时，在所有数据被读完后，read将返回0。表示无数据可读。

　　2.当写一个读端所有文件描述符引用都已被关闭的管道时，将产生SIGPIPE信号，write返回-1。

　　

　　混淆的东西，管道的容量和管道的缓冲区大小。

　　　　管道的容量：指管道满时装的字节数，自2.6.11内核后，容量为64k。管道满了就会导致写操作产生阻塞。

　　　　管道缓冲区大小：由PIPE_BUF指定，指的是保证管道写操作为原子操作的最大值，如果一次写入的内容超过这个值，那么这次的写操作就不是原子的。什么意思呢？就是指，可能存在多个进程写同一个管道，如果一次写入的字节数大于缓冲区大小，则可能会出现A进程写入的内容中插入了B进程写入的内容。

　　下面是出现这种情况的代码:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define MAXLINE     4096+100

int main(void)
{
    int n;
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char line[MAXLINE];

    if (pipe(fd) < 0)
    {
        perror("pipe error");
    }
    
    if ((pid = fork()) < 0)
    {
        perror("fork error");
    }
    else if (pid > 0)          /* parent */
    {
        close(fd[1]);
        while ( 1 )
        {
            n = read(fd[0], line, MAXLINE);
            write(STDOUT_FILENO, line, n);
            write(STDOUT_FILENO, "


", 3);
        }
    }
    else                      /* child */
    {
        if ((pid = fork()) < 0)
        {
            perror("fork error");
        }
        else if (pid > 0)
        {
            close(fd[0]);
            
            while (1)
            {
                memset(line, 'a',MAXLINE);
                write(fd[1], line, MAXLINE);
            }
        }
        else
        {
            close(fd[0]);
            
            while ( 1 )
            {
                memset(line, 'b',MAXLINE);
                write(fd[1], line, MAXLINE);
            }
        }
    }
    
    exit(0);
}