1. 管道简介

管道是Linux中进程间通信的一种方式，他把一个程序的输出直接连接到另一个程序的输入。Linux的管道主要包括两种：匿名管道和命名管道。

管道不属于进程的资源，而是和套接字一样，属于操作系统（也就不是fork函数的复制对象）。所以，两个进程通过操作系统提供的内存空间进行通信。

2. 无名管道

2.1 简介

无名管道是Linux中管道通信的一种原始方法，如下图所示，它具有如下特点：
（1）它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也就是父子进程或者兄弟进程之间）。
（2）它是一个单工的通信模式，具有固定的读端和写端，一边只能读，一边只能写。
（3）管道也可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read()、write()等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。

2.2 系统调用

2.2.1 无名管道的创建和关闭

无名管道是基于文件描述符的通信方式。当一个无名管道建立时，它会创建两个文件描述符fd[0]和fd[1]，关闭管道时也会将两个文件描述符都关闭。其中fd[0]固定用于读管道，而fd[1]固定用于写管道，如下图所示，这样就构成了一个单工的数据通道。
图中画反了

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2.2.2 pipe()

创建管道可以通过调用pipe()来实现，pipe()创建的管道两端在一个进程中

#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);
//参数
//	fd[2]：管道的两个文件描述符，之后就可以直接操作这两个文件描述符，fd[0]读，fd[1]写
//返回值
//	成功返回0，失败返回-1

向管道传递数据时，后成为无主数据，也就是通过read函数先读取数据的进程将得到数据。
两个进程间通信可以创建两个无名管道，各自负责不同的数据流动方向即可。

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2.2.3 无名管道读写说明

用pipe函数创建的管道两端处于一个进程中，由于管道是主要用于在不同进程间通信的，因此在实际应用中没有太大意义。实际上，通常先是创建一个管道，再调用fork()函数创建一个子进程，该子进程会继承父进程所创建的管道，这时，父子进程管道的文件描述符对应关系如下图所示。

需要注意的是，无名管道是单工的工作方式，即进程要么只能读管道，要么只能写管道。父子进程虽然都拥有管道的读端和写端，但是只能使用其中一个，这样就应该把不使用的读端或写端的文件描述符关闭。

例如在下图中将父进程的写端fd[1]和子进程的读端fd[0]关闭。此时，父子进程之间就建立起了一条“子进程写入父进程读取”的通道。

1. 当管道中无数据时，读操作会阻塞
2. 只有在管道的读端存在时，向管道写入数据才有意义。否则，向管道写入数据的进程将收到内核传来的SIGPIPE信号（通常为Broken pipe错误）。
3. 向管道写入数据时，Linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读取管道缓冲区中的数据，那么写操作将会一直阻塞。
4. 父子进程在运行时，它们的先后次序并不能保证。因此，为了保证父子进程已经关闭了相应的文件描述符，可在添加同步机制。

2.2.4 代码示例

父进程创建子进程

/* 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    1int main()
{pid_t pid;int pipe_fd[2];char buf[MAX_DATA_LEN] = {0};const char data[] = "Pipe Test Program";int real_read, real_write;if (pipe(pipe_fd) < 0) /* 创建管道 */{printf("pipe create error\n");exit(1);}if ((pid = fork()) == 0) /* 创建一个子进程 */{//fork在子进程中返回0/* 子进程关闭写描述符，并通过使子进程暂停1s等待父进程已关闭相应的读描述符 */close(pipe_fd[1]);sleep(DELAY_TIME * 3);/* 子进程读取管道内容 */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]); /* 关闭子进程读描述符 */exit(0);}else if (pid > 0){//fork在父进程中返回子进程pid/* 父进程关闭读描述符，并通过使父进程暂停1s等待子进程已关闭相应的写描述符 */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]); /* 关闭父进程写描述符 */waitpid(pid, NULL, 0); /* 收集子进程退出信息 */exit(0);}
}

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3. 命名管道

3.1 简介

命名管道是对无名管道的一种改进，如下图所示，它具有如下特点：
（1）它可以使互不相关的两个进程实现彼此通信，可以通过路径名来指出，并且在文件系统中是可见的。在建立管道后，两个进程就可以把它当做普通文件一样使用open,read,write进行IO操作，使用非常方便，但IO操作效率低。
（2）FIFO规则，对管道读总是从队列头获取数据，对它们的写则是把数据添加到末尾，它们不支持如lseek()等文件定位操作。

3.2 mkfifo

3.3 对于读进程

（1）若该管道是阻塞打开，且当前FIFO内没有数据，则对读进程而言将一直阻塞到有数据写入或是FIFO写端都被关闭。
（2）若该管道是非阻塞打开，则不论FIFO内是否有数据，读进程都会立即执行读操作。即如果FIFO内没有数据，则读函数将立刻返回0。
（3）缺省情况下，如果当前FIFO内没有数据，读进程将一直阻塞到有数据写入或是FIFO写端都被关闭。

3.4 对于写进程

（1）若该管道是阻塞打开，则写操作将一直阻塞到数据可以被写入。
（2）若该管道是非阻塞打开而不能写入全部数据，则读操作进行部分写入或者调用失败。
（3）缺省情况下，只要FIFO有空间，数据就可以被写入。若空间不足，写进程会阻塞，直到数据都写入为止。

3.5 代码示例

3.5.1 写管道

写管道的程序如下：/* fifo_write.c */
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>
#define MYFIFO    "/tmp/myfifo"    /* 有名管道文件名 */
#define MAX_BUFFER_SIZE    PIPE_BUF /* 定义在limits.h中 */int main(int argc, char * argv[]) /* 参数为即将写入的字符串 */
{int fd;char buff[MAX_BUFFER_SIZE];int nwrite;if(argc <= 1){printf("Usage: ./fifo_write string\n");exit(1);}sscanf(argv[1], "%s", buff);/* 以只写阻塞方式打开FIFO管道 */fd = open(MYFIFO, O_WRONLY);if (fd == -1){printf("Open fifo file error\n");exit(1);}/* 向管道中写入字符串 */if ((nwrite = write(fd, buff, MAX_BUFFER_SIZE)) > 0){printf("Write '%s' to FIFO\n", buff);}close(fd);exit(0);
}

3.5.2 读管道

读管道的程序如下：/* fifo_read.c */
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>
#define MYFIFO    "/tmp/myfifo"    /* 有名管道文件名 */
#define MAX_BUFFER_SIZE    PIPE_BUF /* 定义在limits.h中 */
int main()
{char buff[MAX_BUFFER_SIZE];int fd;int nread;/* 判断有名管道是否已存在，若尚未创建，则以相应的权限创建 */if (access(MYFIFO, F_OK) == -1) {if ((mkfifo(MYFIFO, 0666) < 0) && (errno != EEXIST)){printf("Cannot create fifo file\n");exit(1);}}/* 以只读阻塞方式打开有名管道 */fd = open(MYFIFO, O_RDONLY);if (fd == -1){printf("Open fifo file error\n");exit(1);}while (1){memset(buff, 0, sizeof(buff));if ((nread = read(fd, buff, MAX_BUFFER_SIZE)) > 0){printf("Read '%s' from FIFO\n", buff);}    }    close(fd);    exit(0);
}