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本文關鍵字： linux 管道通信，linux 進程通信方式 ，無名管道
1．管道創建與關閉說明
管道是基于文件描述符的通信方式，當一個管道建立時，它會創建兩個文件描述符fd[0]和fd[1]，其中fd[0]固定用于讀管道，而fd[1]固定用于寫管道，如圖1所示，這樣就構成了一個半雙工的通道。
圖1 無名管道的讀寫機制
管道關閉時只需將這兩個文件描述符關閉即可，可使用普通的close()函數逐個關閉各個文件描述符。
2．管道創建函數
創建管道可以通過調用pipe()來實現。表1列出了pipe()函數的語法要點。
表1 pipe()函數語法要點
| 所需頭文件 |
#include <unistd.h> |
| 函數原型 |
int pipe(int fd[2]) |
| 函數傳入值 |
fd[2]：管道的兩個文件描述符，之后就可以直接操作這兩個文件描述符 |
| 函數返回值 |
成功：0 |
| 出錯：-1 |
3．管道讀寫說明
用pipe()函數創建的管道兩端處于一個進程中，由于管道是主要用于在不同進程間通信的，因此在實際應用中沒有太大意義。實際上，通常先是創建一個管道，再調用fork()函數創建一個子進程，該子進程會繼承父進程所創建的管道，這時，父子進程管道的文件描述符對應關系如圖2所示。
圖2 父子進程管道的文件描述符對應關系
此時的關系看似非常復雜，實際上卻已經給不同進程之間的讀寫創造了很好的條件。父子進程分別擁有自己的讀寫通道，為了實現父子進程之間的讀寫，只需把無關的讀端或寫端的文件描述符關閉即可。例如，在圖3中將父進程的寫端fd[1]和子進程的讀端fd[0]關閉。此時，父子進程之間就建立起了一條“子進程寫入父進程讀取”的通道。
圖3 關閉父進程fd[1]和子進程fd[0]
同樣，也可以關閉父進程的fd[0]和子進程的fd[1]，這樣就可以建立一條“父進程寫入子進程讀取”的通道。另外，父進程還可以創建多個子進程，各個子進程都繼承了相應的fd[0]和fd[1]。這時，只需關閉相應端口就可以建立其各子進程間的通道。
4．管道讀寫注意點
管道讀寫需注意以下幾點：
● 只有在管道的讀端存在時，向管道寫入數據才有意義。否則，向管道寫入數據的進程將收到內核傳來的SIGPIPE信號（通常為Broken pipe錯誤）。
● 向管道寫入數據時，Linux將不保證寫入的原子性，管道緩沖區一有空閑區域，寫進程就會試圖向管道寫入數據。如果讀進程不讀取管道緩沖區中的數據，那么寫操作將會一直阻塞。
● 父子進程在運行時，它們的先后次序并不能保證。因此，為了保證父子進程已經關閉了相應的文件描述符，可在兩個進程中調用sleep()函數。當然這種調用不是很好的解決方法，在后面學到進程之間的同步機制與互斥機制后，請讀者自行修改本小節的實例程序。
5．使用實例
在本例中，首先創建管道，之后父進程使用fork()函數創建子進程，后通過關閉父進程的讀描述符和子進程的寫描述符，建立起它們之間的管道通信。
/* pipe.c */
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAX_DATA_LEN 256
#define DELAY_TIME 1
int main()
{
pid_t pid;
int pipe_fd[2];
char buf[MAX_DATA_LEN];
const char data[] = "Pipe Test Program";
int real_read, real_write;
memset((void*)buf, 0, sizeof(buf));
if (pipe(pipe_fd) < 0) /* 創建管道 */
{
printf("pipe create error\n");
exit(1);
}
if ((pid = fork()) == 0) /* 創建一個子進程 */
{
/* 子進程關閉寫描述符，并通過使子進程暫停1s等待父進程已關閉相應的讀描述符 */
close(pipe_fd[1]);
sleep(DELAY_TIME * 3);
/* 子進程讀取管道內容 */
if ((real_read = read(pipe_fd[0], buf, MAX_DATA_LEN)) > 0)
{
printf("%d bytes read from the pipe is '%s'\n", real_read, buf);
}
close(pipe_fd[0]); /* 關閉子進程讀描述符 */
exit(0);
}
else if (pid > 0)
{
/* 父進程關閉讀描述符，并通過使父進程暫停1s等待子進程已關閉相應的寫描述符 */
close(pipe_fd[0]);
sleep(DELAY_TIME);
if((real_write = write(pipe_fd[1], data, strlen(data))) != -1)
{
printf("Parent wrote %d bytes : '%s'\n", real_write, data);
}
close(pipe_fd[1]); /* 關閉父進程寫描述符 */
waitpid(pid, NULL, 0); /* 收集子進程退出信息 */
exit(0);
}
}
將該程序交叉編譯，下載到開發板上的運行結果如下：
$ ./pipe
Parent wrote 17 bytes : 'Pipe Test Program'
17 bytes read from the pipe is 'Pipe Test Program
本文選自華清遠見嵌入式培訓教材《從實踐中學嵌入式Linux應用程序開發》
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