Linux間進程通信 管道

Linux間進程通信的方法在前一篇文章中已有詳細介紹。http://blog.csdn.net/jmy5945hh/article/details/7350564

本篇詳細介紹及代碼測試第一種方式，即管道（Pipe）及有名管道（named pipe）。

1-1 管道簡介

也稱匿名管道，其在系統中沒有實名，是進程的一種資源，因此不可以在文件系統中以任何形式查看。

生存週期從被創建開始，到進程結束或進程主動關閉管道。

數據在管道之間以無格式流式傳遞（想象爲水在管道里流動）。

管道是一種半雙工通信方式，因此通常需要建立起兩根管道以完成收發工作。遵從FIFO原則。

優點是使用方便簡單，缺點是功能上有很多限制，且只能作爲父子進程間通信手段。

典型應用：linux SHELL命令的管道連接。例如：

kill -l | grep SIGINT

1-2 相關函數

創建管道：

#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);

成功後返回0；出錯返回-1。fd是文件描述符數組。

讀寫管道：

使用文件I/O的write和read函數，參考http://blog.csdn.net/jmy5945hh/article/details/7465879

關閉管道：

使用close函數，參考http://blog.csdn.net/jmy5945hh/article/details/7465879

1-3 管道測試代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define MAX 4096

int main(int argc, char *argv[]) {
    int pipefd[2], recvBytes, sendBytes;
    pid_t pid;
    unsigned char sendBuf[MAX], recvBuf[MAX];

    memset(sendBuf, 0x00, MAX);
    memset(recvBuf, 0x00, MAX);
    if(pipe(pipefd) < 0) { //創建管道
        perror("pipe:");
        exit(1);
    }

    if((pid = fork()) == 0) { //子進程從管道讀取
        close(pipefd[1]);
        sleep(2);
        if((recvBytes = read(pipefd[0], recvBuf, MAX)) == -1) {
            perror("read");
            exit(1);
        }
        printf("Receive %d Bytes data:%s\n", recvBytes, recvBuf);
        close(pipefd[1]);
    }
    else if(pid > 0) { //父進程向管道寫入
        close(pipefd[0]);
        strcpy(sendBuf, "Pipe test!");
        if((sendBytes = write(pipefd[1], sendBuf, MAX)) == -1) {
            perror("write");
            exit(1);
        }
        printf("Send %d Bytes data:%s\n", sendBytes, sendBuf);
        close(pipefd[0]);
        sleep(5);
    }

    exit(0);
}

運行結果：

jimmy@MyPet:~/code/ipc$ gcc -o -ggdb3 ipc ipc1.c
jimmy@MyPet:~/code/ipc$ ./ipc
Send 4096 Bytes data:Pipe test!
Receive 4096 Bytes data:Pipe test!

非正常測試結果及總結：

1）註釋掉子進程中的接收部分，測試結果爲父進程依然能向管道發送數據。

2）註釋掉父進程中的發送部分，測試結果爲子進程依然能從管道接收數據，recvBytes = 0。

3）子進程改爲關閉pipefd[0]從pipefd[1]接收，父進程改爲關閉pipefd[1]從pipefd[0]發送，測試結果爲發送和接收均失敗，提示“BAD FILE DESCRIPTOR”。說明了在創建管道時管道對於讀寫接口已經有了嚴格的定義，pipefd[0]爲讀端，pipefd[1]爲寫端，不能隨意更改。讀端寫，寫端讀都會產生錯誤。

4）在父進程寫入之前關閉子進程讀端，在gdb調試情況下父進程寫入時產生“Program received signal SIGPIPE, Broken pipe.”，管道破裂。

5）無名管道只能用於具有親緣關係的父子進程間通信。

6）管道是半雙工的，因此要達到全雙工通信創建管道是必須創建兩條。

2-1 有名管道簡介

也稱FIFO，系統提供一個路徑名與此管道關聯，以FIFO形式存在與文件系統中。

生存週期從被創建開始，到該管道文件被刪除（進程結束不會造成管道消失）。

數據在管道之間以無格式流式傳遞。

只需要建立一個有名管道便可進行讀寫操作。遵從FIFO原則，不保證操作的原子性。

優點是使用方便簡單，可以作爲任何進程間通信手段，缺點是功能上有很多限制。

2-2 相關函數

創建FIFO：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo( const char * pathname, mode_t mode );

成功後返回0；出錯返回-1。參數2與打開文件的mode參數一致。

需要注意的是與一般文件不同，當以讀方式打開FIFO時，如果設置了阻塞且無進程寫打開此FIFO，將會阻塞。當以寫方式打開FIFO時，如果設置了阻塞切無進程讀打開此FIFO，將會阻塞。

讀寫FIFO：

使用文件I/O的write和read函數，參考http://blog.csdn.net/jmy5945hh/article/details/7465879

關閉FIFO：

使用close函數，參考http://blog.csdn.net/jmy5945hh/article/details/7465879

close函數並不刪除FIFO，而只是關閉。unlink函數接觸關聯關係，也不刪除FIFO。

2-3 有名管道測試代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>

#define FIFO_SERV "/home/jimmy/code/ipc/fifo_serv"  //管道名，是一個文件
#define MAX 4096

int main(int argc, char *argv[]) {
    int pipewrfd, piperdfd, sendBytes, recvBytes;
    unsigned char sendBuf[MAX], recvBuf[MAX];
    pid_t pid;

    memset(sendBuf, 0x00, MAX);
    memset(recvBuf, 0x00, MAX);

    if((pid = fork()) == 0) { //子進程
        if((piperdfd = open(FIFO_SERV,O_RDONLY,0)) == -1) { //只讀方式打開有名管道
            perror("child open FIFO_SERV");
            exit(1);
        }

        recvBytes = read(piperdfd, recvBuf, MAX); //從管道讀出
        if(recvBytes == -1 && errno == EAGAIN)
                printf("no data avlaible\n");
        printf("recv %d Bytes data:%s\n", recvBytes, recvBuf);
        pause();
        unlink(FIFO_SERV);
    }
    else if(pid > 0) {
        if((mkfifo(FIFO_SERV, O_CREAT|O_EXCL|0777) < 0) && (errno != EEXIST)) //創建有名管道
            printf("cannot create fifoserver\n");

        if((pipewrfd = open(FIFO_SERV, O_WRONLY,0)) == -1) { //只寫方式打開有名管道
            perror("father open FIFO_SERV");
            exit(1);
        }
        strcpy(sendBuf, "Name pipe test!");
        sendBytes = write(pipewrfd, sendBuf, MAX); //向管道寫入
        if(sendBytes == -1 && errno == EAGAIN)
            printf("write to fifo error; try later\n");
    }
}

運行結果：

jimmy@MyPet:~/code/ipc$ gcc -g -o fifo fifo.c
jimmy@MyPet:~/code/ipc$ ./fifo
recv 4096 Bytes data:Name pipe test!

非正常測試結果及總結：

1）管道名錯誤，無法創建有名管道

2）註釋掉子進程中的接收部分，測試結果爲父進程依然能向管道發送數據。

3）註釋掉父進程中的發送部分，測試結果爲子進程依然能從管道接收數據，recvBytes = 0。

4）有名管道可以看作無名管道的升級版，克服了只能在親緣關係進程間使用的門檻。

5）由於需要通過文件操作，在通信速度上不具有優勢

（完）