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    本文關(guān)鍵字： linux 管道通信，linux 進(jìn)程通信方式 ，無名管道

    1．管道創(chuàng)建與關(guān)閉說明

    管道是基于文件描述符的通信方式，當(dāng)一個(gè)管道建立時(shí)，它會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)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(gòu)成了一個(gè)半雙工的通道。

圖1 無名管道的讀寫機(jī)制

    管道關(guān)閉時(shí)只需將這兩個(gè)文件描述符關(guān)閉即可，可使用普通的close()函數(shù)逐個(gè)關(guān)閉各個(gè)文件描述符。

    2．管道創(chuàng)建函數(shù)

    創(chuàng)建管道可以通過調(diào)用pipe()來實(shí)現(xiàn)。表1列出了pipe()函數(shù)的語法要點(diǎn)。

表1 pipe()函數(shù)語法要點(diǎn)

    3．管道讀寫說明

    用pipe()函數(shù)創(chuàng)建的管道兩端處于一個(gè)進(jìn)程中，由于管道是主要用于在不同進(jìn)程間通信的，因此在實(shí)際應(yīng)用中沒有太大意義。實(shí)際上，通常先是創(chuàng)建一個(gè)管道，再調(diào)用fork()函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，該子進(jìn)程會(huì)繼承父進(jìn)程所創(chuàng)建的管道，這時(shí)，父子進(jìn)程管道的文件描述符對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 父子進(jìn)程管道的文件描述符對(duì)應(yīng)關(guān)系

    此時(shí)的關(guān)系看似非常復(fù)雜，實(shí)際上卻已經(jīng)給不同進(jìn)程之間的讀寫創(chuàng)造了很好的條件。父子進(jìn)程分別擁有自己的讀寫通道，為了實(shí)現(xiàn)父子進(jìn)程之間的讀寫，只需把無關(guān)的讀端或?qū)懚说奈募�描述符關(guān)閉即可。例如，在圖3中將父進(jìn)程的寫端fd[1]和子進(jìn)程的讀端fd[0]關(guān)閉。此時(shí)，父子進(jìn)程之間就建立起了一條“子進(jìn)程寫入父進(jìn)程讀取”的通道。

圖3 關(guān)閉父進(jìn)程fd[1]和子進(jìn)程fd[0]

    同樣，也可以關(guān)閉父進(jìn)程的fd[0]和子進(jìn)程的fd[1]，這樣就可以建立一條“父進(jìn)程寫入子進(jìn)程讀取”的通道。另外，父進(jìn)程還可以創(chuàng)建多個(gè)子進(jìn)程，各個(gè)子進(jìn)程都繼承了相應(yīng)的fd[0]和fd[1]。這時(shí)，只需關(guān)閉相應(yīng)端口就可以建立其各子進(jìn)程間的通道。

    4．管道讀寫注意點(diǎn)

    管道讀寫需注意以下幾點(diǎn)：

    ● 只有在管道的讀端存在時(shí)，向管道寫入數(shù)據(jù)才有意義。否則，向管道寫入數(shù)據(jù)的進(jìn)程將收到內(nèi)核傳來的SIGPIPE信號(hào)（通常為Broken pipe錯(cuò)誤）。

    ● 向管道寫入數(shù)據(jù)時(shí)，Linux將不保證寫入的原子性，管道緩沖區(qū)一有空閑區(qū)域，寫進(jìn)程就會(huì)試圖向管道寫入數(shù)據(jù)。如果讀進(jìn)程不讀取管道緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，那么寫操作將會(huì)一直阻塞。

    ● 父子進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)，它們的先后次序并不能保證。因此，為了保證父子進(jìn)程已經(jīng)關(guān)閉了相應(yīng)的文件描述符，可在兩個(gè)進(jìn)程中調(diào)用sleep()函數(shù)。當(dāng)然這種調(diào)用不是很好的解決方法，在后面學(xué)到進(jìn)程之間的同步機(jī)制與互斥機(jī)制后，請(qǐng)讀者自行修改本小節(jié)的實(shí)例程序。

    5．使用實(shí)例

    在本例中，首先創(chuàng)建管道，之后父進(jìn)程使用fork()函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程，后通過關(guān)閉父進(jìn)程的讀描述符和子進(jìn)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(chuàng)建管道 */
        {
            printf("pipe create error\n");
            exit(1);
        }
        if ((pid = fork()) == 0) /* 創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程 */
        {
            /* 子進(jìn)程關(guān)閉寫描述符，并通過使子進(jìn)程暫停1s等待父進(jìn)程已關(guān)閉相應(yīng)的讀描述符 */
            close(pipe_fd[1]);
            sleep(DELAY_TIME * 3);
            /* 子進(jìn)程讀取管道內(nèi)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(guān)閉子進(jìn)程讀描述符 */
            exit(0);
        }
        else if (pid > 0)
        {
            /* 父進(jìn)程關(guān)閉讀描述符，并通過使父進(jìn)程暫停1s等待子進(jìn)程已關(guān)閉相應(yīng)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(guān)閉父進(jìn)程寫描述符 */
            waitpid(pid, NULL, 0); /* 收集子進(jìn)程退出信息 */
            exit(0);
        }
    }

    將該程序交叉編譯，下載到開發(fā)板上的運(yùn)行結(jié)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(yuǎn)見嵌入式培訓(xùn)教材《從實(shí)踐中學(xué)嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)》

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