八、管道

1、什麼是管道

管道是Unix中最古老的進程間通信的形式。
我們把從一個進程連接到另一個進程的一個數據流稱爲一個"管道"
我們通常把是把一個進程的輸出連接或“管接”（經過管道來連接）到另一個進程的輸入。

2、在shell中使用管道

鏈接shell命令：把一個進程的輸出直接饋入另一個的輸入，命令格式如下

cmd1 | cmd2

#生成一個8位的隨機密碼
tr -dc A-Za-z0-9_ </dev/urandom | head -c 8 | xargs

#查看系統中所有的用戶名稱，並按字母排序
awk -F: '{print $1}' /etc/passwd | sort

#列出當前用戶使用最多的5個命令（print的列數根據實際情況而定）
history | awk '{print $2}' | sort | uniq -u | sort -rn | head -5

#查看系統中有哪些用戶的登陸shell時/bin/bash
cat /etc/passwd | grep "/bin/bash" | cut -d: -f1,6   
#cut -d: -f1,6 表示以:爲分隔符顯示第1和第6列的內容-d指定分隔符，-f指定列

#查看當前目錄的子目錄個數
ls -l | cut -c 1 | grep "d" | wc -l
#ls -l  長格式列出當前目錄的所有內容，每行的第一個字符表示文件的類
#cut -c 1 截取每行的第一個字符
#grep "d" 獲取文件類型是目錄的行
#wc -l  統計grep命令輸出的行數，即子目錄個數

#合併兩個文件的內容
cat 1.txt | paste -d: 2.txt -
#paste -d: 2.txt - 表示以:爲分割符合並兩個文件，合併時2.txt文件的內容在前 -代表1.txt文件

3、管道特點

管道是半雙工的，數據只能向一個方向流動；需要雙方通信時，需要建立起兩個管道
只能用於父子進程或者兄弟進程之間（具有親緣關係的進程）進行通信；通常，一個管道由一個進程創建，然後該進程調用fork，此後父、子進程之間就可應用該管道。

4、pipe函數

功能：創建一無名管道
原型：

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);

參數：
- pipefd[0]：表示讀端
- pipefd[1]：表示寫端
返回值：成功返回0，失敗返回錯誤代碼

示例

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

int main()
{
    int pipefd[2];
    char buf[20];
    if(pipe(pipefd) == -1){
        printf("error\n");
    }
    int fd = fork();
    if(fd == 0){
        read(pipefd[0],buf,20);
        printf("%s\n",buf);
        close(pipefd[0]);
        close(pipefd[1]);
    }else if(fd > 0){
        write(pipefd[1],"hello world",20);
        close(pipefd[0]);
        close(pipefd[1]);
    }else{
        printf("error\n");
    }
    return 0;
}

5、管道讀寫規則

如果試圖從管道寫端讀取數據，或者向管道讀端寫入數據都將導致錯誤發生
當沒有數據可讀時，read調用就會阻塞，即進程暫停執行，一直等到有數據來到爲止。
如果管道的另一端已經被關閉，也就是沒有進程打開這個管道並向它寫數據時，read調用就會阻塞
如果管道的寫端不存在，則認爲已經讀到了數據的末尾，讀函數返回的讀出字節數爲0；
當管道的寫端存在時，如果請求的字節數目大於PIPE_BUF，則返回管道中現有的數據字節數
向管道中寫入數據時，linux將不保證寫入的原子性，管道緩衝區一有空閒區域，寫進程就會試圖向管道寫入數據。如果讀進程不讀走管道緩衝區中的數據，那麼寫操作將一直阻塞。

6、複製文件描述符dup、dup2 、fcntl

複製文件描述符可以有三種辦法：
- dup、dup2 、fcntl
dup系統調用從頭開始搜文件描述符數組，並且在找到第一個空閒文件描述符時完成它的複製。

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd,int newfd);//dup2系統調用複製操作之前，如果newfd已被打開，先關閉。

$[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-KcFI94rg-1589279199747)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200512001427990.png)]$

fcntl()函數

功能：實現對文件描述符的多種控制
原型：

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int oldfd,F_DUPFD,int minifd);

參數：
- minifd:從指定的minifd開始搜索空閒文件描述符，找到時，複製oldfd,返回值爲新的文件描述符。
- oldfd:要被複制的文件描述符

說明:另外fcntl還有其他的作用。

dup示例

//實現cat /etc/passwd | wc -l

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    int pipefd[2];
    if(pipe(pipefd) == -1){
        fprintf(stderr,"error creating pipe\n");
        exit(1);
    }
    int fd = fork();
    if(fd == 0){
        close(1);//關閉標準輸出
        dup(pipefd[1]);
        close(pipefd[1]);
        close(pipefd[0]);
        execlp("cat","cat","/etc/passwd",0);
        fprintf(stderr,"error trying to exec ls\n");
		sleep(1);
        exit(1);
    }else if(fd > 0){
        close(0);//關閉標準輸入
        dup(pipefd[0]);
        close(pipefd[0]);
        close(pipefd[1]);
        execlp("wc","wc","-l",0);
        fprintf(stderr,"error trying to exec wc\n");
		exit(1);
    }else{
        fprintf(stderr,"error fork\n");
    }
    return 0;
}

7、popen函數

作用：允許一個程序把另外一個程序當作一個新的進程來啓動，並能對它發送數據或接收數據

FILE* popen(const char *command,const char *open_mode);

參數：
- command:待運行程序的名字和相應的參數
- open_mode：必須是“r”或“w”
如果操作失敗，popen會返回一個空指針
每個popen調用都必須指定“r”或“w”，在popen的標準實現裏不支持任何其他的選項
如果open_mode是“r”，調用者程序利用popen返回的那個“FILE*”類型的指針用一般的stdio庫函數(比如fread)就可以讀這個文件流
如果open_mode是“w”,調用者程序就可以使用fwrite向被調用命令發送數據

pclose函數

作用：關閉popen打開的與之關聯的文件流

int pclose(FILE *stream_to_close);

pclose調用只有在popen啓動的進程結束之後才能返回。
如果在調用pclose的時候它仍然在運行，pclose將等待該進程的結束

示例

//通過popen實現cat /etc/passwd | wc -l

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

int main()
{
    FILE *read_fp;
    FILE *write_fp;
    char buffer[BUFSIZ + 1];//BUFSIZ的值等於一個常量值，這個值是8192，一般是會用來做數組的長度。
    int chars_read;
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));
    read_fp = popen("cat /etc/passwd","r");
    if(read_fp != NULL){
        chars_read = fread(buffer,sizeof(char),BUFSIZ,read_fp);
        pclose(read_fp);
        if(chars_read > 0){
            write_fp = popen("wc -l","w");
            if(write_fp != NULL){
                fwrite(buffer,sizeof(char),strlen(buffer),write_fp);
				pclose(write_fp);
				exit(EXIT_SUCCESS);
            }
        }
    }
    exit(EXIT_FAILURE);
    return 0;
}

8、命名管道：FIFO文件

管道應用的一個限制就是只能在相關的程序之間進行，這些程序是由一個共同的祖先進程啓動的。
如果我們想在不相關的進程之間交換數據，可以使用FIFO文件來做這項工作，它經常被稱爲命名管道。
命名管道是一種特殊類型的文件

創建一個命名管道

命名管道可以從命令行上創建，推薦的命令行方法是使用下面這個命令：
$ mkfifo filename
命名管道也可以從程序裏創建，相關函數有：

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
int mknod(const char *filename,mode_t mode | S_IFIFO,(dev_t) 0);

用mkfifo創建一個命名管道

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

int main()
{
    int res = mkfifo("/tmp/my_fifo",0777);
    if(res == 0)
        printf("FIFO created\n");
    exit(EXIT_SUCCESS);
    return 0;
}

9、命名管道（FIFO文件）的打開規則

訪問一個FIFO文件

FIFO和通過pipe調用創建的管道不同，它是一個有名字的文件而表示一個打開的文件描述符。
在對它進行讀或寫操作之前必須先打開它
FIFO文件也要用open和close函數來打開或關閉，除了一些額外的功能外，整個操作過程與我們前面介紹的文件操作是一樣的
傳遞給open調用的是一個FIFO文件的路徑名，而不是一個正常文件的路徑名

用open打開FIFO文件

在打開FIFO文件時需要注意一個問題：即程序不能以O_RDWR模式打開FIFO文件進行讀寫
如果確實需要在程序之間雙向傳遞數據的話，我們可以同時使用一對FIFO或管道，一個方向配一個；還可以用先關閉再重新打開FIFO的辦法明確地改變數據流的方向

命名管道的打開規則

如果當前打開操作是爲讀而打開FIFO時，若已經有相應進程爲寫而打開該FIFO，則當前打開操作將成功返回；否則，可能阻塞直到有相應進程爲寫而打開該FIFO（當前打開操作設置了阻塞標誌，即只設置了O_RDONLY）,反之，如果當前打開操作沒有設置了非阻塞標誌，即O_NONBLOCK,則返回成功
如果當前打開操作是爲寫而打開FIFO時，如果已經有相應進程爲讀而打開該FIFO，則當前打開操作將成功返回；否則，可能阻塞直到有相應進程爲讀而打開該FIFO（當前打開操作設置了阻塞標誌）；或者，返回ENXIO錯誤（當前打開操作沒有設置阻塞標誌）。

10、命名管道（FIFO文件）讀寫規則

對於沒有設置阻塞標誌的寫操作：
- 當要寫入的數據量大於PIPE_BUF時，linux將不再保證寫入的原子性。在寫滿所有FIFO空閒緩衝區後，寫操作返回
- 當要寫入的數據量不大於PIPE_BUF時，linux將保證寫入的原子性。如果當前FIFO空閒緩衝區能夠容納請求寫入的字節數，寫完後成功返回；如果當前FIFO空閒緩衝區不能夠容納請求寫入的字節數，則返回EAGAIN錯誤，提醒以後再寫。

示例

先在終端：mkfifo myfifo

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

int main()
{
	int fd = open("myfifo",O_RDONLY);
	if(fd == -1){
		perror("open fifo");
		exit(1);
	}
	char buf[1024]={0};
    int fd_r;
	while(1){
        memset(&buf,0,sizeof(buf));
		fd_r = read(fd,&buf,sizeof(buf));
		if(fd_r == -1){
			perror("read fifo");
		}
		printf("read:%s\n",buf);
        sleep(1);
	}
	return 0;
}

//fifo_w.cpp
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MYFIFO "./myfifo"

int main()
{
    if(access(MYFIFO,F_OK) == -1){//檢查調用進程是否可以訪問文件路徑名
        int res = mkfifo(MYFIFO,0777);
        if(res < 0)
            exit(EXIT_FAILURE);
    }
	int fd = open(MYFIFO,O_WRONLY);
	if(fd == -1){
		perror("open fifo");
		exit(1);
	}
	char buf[1024]="hello world!";
    int fd_r;
	while(1){
		fd_r = write(fd,&buf,sizeof(buf));
		if(fd_r == -1){
			perror("write fifo");
		}
		printf("write:%s\n",buf);
        sleep(1);
	}
	return 0;
}
,0777);
        if(res < 0)
            exit(EXIT_FAILURE);
    }
	int fd = open(MYFIFO,O_WRONLY);
	if(fd == -1){
		perror("open fifo");
		exit(1);
	}
	char buf[1024]="hello world!";
    int fd_r;
	while(1){
		fd_r = write(fd,&buf,sizeof(buf));
		if(fd_r == -1){
			perror("write fifo");
		}
		printf("write:%s\n",buf);
        sleep(1);
	}
	return 0;
}

專欄《linux網絡編程》將持續更新中…
從linux 零基礎到高併發服務器架構

如果我的文章能夠幫到您，可以點個贊！
您的每次點贊、關注、收藏都是對我最大的鼓勵！

8、管道 - 看這一篇就夠了

目錄

八、管道

1、什麼是管道

2、在shell中使用管道

3、管道特點

4、pipe函數

5、管道讀寫規則

6、複製文件描述符dup、dup2 、fcntl

7、popen函數

8、命名管道：FIFO文件

9、命名管道（FIFO文件）的打開規則

10、命名管道（FIFO文件）讀寫規則

python gdal 安裝使用（Windows， python 3.6.8）

12、POSIX線程同步技術 - 信號量、互斥鎖、條件變量

11、POSIX多線程技術

10、網絡基礎和SOCKET

13、SOCKET-IO複用技術 - select、poll、epoll

9、進程間通信（IPC）之消息隊列、共享內存、信號量

Mac下配置sublime實現LaTeX

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結