Linux下进程间通信方式——pipe（管道）

   每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

不同进程间的通信本质：进程之间可以看到一份公共资源；而提供这份资源的形式或者提供者不同，造成了通信方式不同，而 pipe就是提供这份公共资源的形式的一种。

2.匿名管道

2.1管道的创建

管道是由调用pipe函数来创建

#include <unistd.h>
int pipe (int fd[2]);
                         //返回:成功返回0，出错返回-1

　　fd参数返回两个文件描述符,fd[0]指向管道的读端,fd[1]指向管道的写端。fd[1]的输出是fd[0]的输入。

2.2管道如何实现进程间的通信

（1）父进程创建管道，得到两个件描述符指向管道的两端

（2）父进程fork出子进程，子进程也有两个文件描述符指向同管道。

（3）父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1]，即子进程关闭管道读端,父进程关闭管道写端（因为管道只支持单向通信）。子进程可以往管道中写,父进程可以从管道中读,管道是由环形队列实现的,数据从写端流入从读端流出,这样就实现了进程间通信。

2.3如和用代码实现管道通信

2.3如和用代码实现管道通信

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
int main()
{
    int fd[2];
    int ret=pipe(fd);
    if(ret==-1)
    {
        perror("pipe error\n");
        return -1;
    }
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        int i=0;
        close(fd[0]);
        char* child="I am child!";
        while(i<5)
        {
            write(fd[1],child,strlen(child)+1);
            sleep(2);
            i++;
        }
    }
    else if(id>0)
    {
        close(fd[1]);
        char msg[100];
        int j=0;
        while(j<5)
        {
            memset(msg,'\0',sizeof(msg));
            ssize_t s=read(fd[0],msg,sizeof(msg));
            if(s>0)
            {
                msg[s-1]='\0';
            }
            printf("%s\n",msg);
            j++;
        }
    }
    else
    {
        perror("fork error\n");
        return -1;
    }
    return 0;
}

　　

运行结果：每隔2秒打印一次I am child! 并且打印了五次。

2.4管道读取数据的四种的情况

（1）读端不读（fd[0]未关闭），写端一直写

（2）写端不写（fd[1]未关闭），但是读端一直读

（3）读端一直读，且fd[0]保持打开，而写端写了一部分数据不写了，并且关闭fd[1]。

如果一个管道读端一直在读数据，而管道写端的引⽤计数⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只读不写会导致管道堵塞。

（4）读端读了一部分数据，不读了且关闭fd[0]，写端一直在写且f[1]还保持打开状态。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
int main()
{
    int fd[2];
    int ret=pipe(fd);
    if(ret==-1)
    {
        perror("pipe error\n");
        return -1;
    }
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        int i=0;
        close(fd[0]);
        char *child="I am child!";
        while(i<10)
        {
            write(fd[1],child,strlen(child)+1);
            sleep(2);
            i++;
        }
    }
    else if(id>0)
    {
        close(fd[1]);
        char msg[100];
        int status=0;
        int j=0;
        while(j<5)
        {
            memset(msg,'\0',sizeof(msg));
            ssize_t s=read(fd[0],msg,sizeof(msg));
            if(s>0)
            {
                msg[s-1]='\0';
            }
            printf("%s %d\n",msg,j);
            j++;
        }
		//写方还在继续,而读方已经关闭它的读端
        close(fd[0]);
        pid_t ret=waitpid(id,&status,0);
        printf("exitsingle(%d),exit(%d)\n",status&0xff,(status>>8)&0xff);
		//低八位存放该子进程退出时是否收到信号
        //此低八位子进程正常退出时,退出码是多少
    }
    else
    {
        perror("fork error\n");
        return -1;
    }
    return 0;
}

　　运行结果：

使用kill -l 查看13号信号，可以知道13号信号代表SIGPIPE。

总结：
如果一个管道的写端一直在写，而读端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只写不读再次调用write会导致管道堵塞；
如果一个管道的读端一直在读，而写端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只读不写再次调用read会导致管道堵塞；
而当他们的引用计数等于0时，只写不读会导致写端的进程收到一个SIGPIPE信号，导致进程终止，只写不读会导致read返回0,就像读到件末尾样。

2.5管道特点

1.管道只允许具有血缘关系的进程间通信，如父子进程间的通信。

2.管道只允许单向通信。

3.管道内部保证同步机制，从而保证访问数据的一致性。

4.面向字节流

5.管道随进程，进程在管道在，进程消失管道对应的端口也关闭，两个进程都消失管道也消失。

2.6管道容量大小

测试管道容量大小只需要将写端一直写，读端不读且不关闭fd[0],即可。 
测试代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
    int fd[2];
    int ret = pipe(fd);
    if (ret == -1)
    {
        perror("pipe error\n");
        return -1;
    }
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {//child
        int i = 0;
        close(fd[0]);
        char *child = "I am  child!";
        while (++i)
        {
            printf("pipe capacity: %d\n", i*(strlen(child) + 1));
          //printf要写在write前面否则会因为write写满了而阻塞就不会进行下面的代码了，会使得输出计算少一次
            write(fd[1], child, strlen(child) + 1);

        }
        close(fd[1]);
    }
    else if (id>0)
    {//father
        close(fd[1]);//父进程的读端不能关闭，如果关闭了子进程写端会因为异常而退出
        waitpid(id, NULL, 0);
    }
    else
    {//error
        perror("fork error\n");
        return -1;
    }
    return  0;
}

　　

　　可以看到写到65520之后管道堵塞了，而65536即为64K大小即为管道的容量

原理是：我们写端每次写入的数据大小是13，统计我们可以进行多少次写入，写入次数*13就是管道容量，因为65533+13=65546>65536所以就不能继续输入了，有因为内存对齐问题，所以我们可以知道容量一定是64k