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[]);

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[];
 
     if (pipe(fd) < )
     {
         perror("pipe error");
     }
 
     flags = fcntl(fd[], F_GETFL,);
     if ( flags <  )
     {
         perror("fcntl");
         close(fd[]);
         close(fd[]);
     }
     switch (flags & O_ACCMODE)
     {
         case O_RDONLY:
             printf("read only\n");
             break;
 
         case O_WRONLY:
             printf("write only\n");
             break;
 
         case O_RDWR:
             printf("read write\n");
             break;
 
         default:
             printf("unknown access mode\n");
     }
 
     flags = fcntl(fd[], F_GETFL,);
     if ( flags <  )
     {
         perror("fcntl");
         close(fd[]);
         close(fd[]);
     }
     switch (flags & O_ACCMODE)
     {
         case O_RDONLY:
             printf("read only\n");
             break;
 
         case O_WRONLY:
             printf("write only\n");
             break;
 
         case O_RDWR:
             printf("read write\n");
             break;
 
         default:
             printf("unknown access mode\n");
     }
     close(fd[]);
     close(fd[]);
     exit();
 }

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[], n;
     char buf[MAXLINE];
     if (pipe(fd) < )
     {
         perror("pipe error");
     }
 
     n = write(fd[], "hello world\n", MAXLINE);
     if ( n <  )
     {
         perror("write");
         goto end;
     }
     n = read(fd[],buf, n);
     if ( n <  )
     {
         perror("read");
         goto end;
     }
     printf("read:%s\n",buf);
 
 end:
     close(fd[]);
     close(fd[]);
     exit();
 }

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

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[];
     pid_t pid;
     char line[MAXLINE];
 
     if (pipe(fd) < )
     {
         perror("pipe error");
     }
 
     if ((pid = fork()) < )
     {
         perror("fork error");
     }
     else if (pid > )          /* parent */
     {
         close(fd[]);
         while (  )
         {
             n = read(fd[], line, MAXLINE);
             write(STDOUT_FILENO, line, n);
             write(STDOUT_FILENO, "\n\n\n", );
         }
     }
     else                      /* child */
     {
         if ((pid = fork()) < )
         {
             perror("fork error");
         }
         else if (pid > )
         {
             close(fd[]);
 
             while ()
             {
                 memset(line, 'a',MAXLINE);
                 write(fd[], line, MAXLINE);
             }
         }
         else
         {
             close(fd[]);
 
             while (  )
             {
                 memset(line, 'b',MAXLINE);
                 write(fd[], line, MAXLINE);
             }
         }
     }
 
     exit();
 }