1、 管道概述及相關API應用
1.1 管道相關的關鍵概念
管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特點：
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（具有親緣關系的進程）；
單獨構成一種獨立的文件系統：管道對於管道兩端的進程而言，就是一個文件，但它不是普通的文件，它不屬於某種文件系統，而是自立門戶，單獨構成一種文件系統，並且只存在與內存中。
數據的讀出和寫入：一個進程向管道中寫的內容被管道另一端的進程讀出。寫入的內容每次都添加在管道緩沖區的末尾，並且每次都是從緩沖區的頭部讀出數據。
1.2 管道的創建：
#include int pipe(int fd[2])
該函數創建的管道的兩端處於一個進程中間，在實際應用中沒有太大意義，因此，一個進程在由pipe()創建管道後，一般再fork一個子進程，然後通過管道實現父子進程間的通信（因此也不難推出，只要兩個進程中存在親緣關系，這裡的親緣關系指的是具有共同的祖先，都可以采用管道方式來進行通信）。
1.3 管道的讀寫規則：
管道兩端可分別用描述字fd[0]以及fd[1]來描述，需要注意的是，管道的兩端是固定了任務的。即一端只能用於讀，由描述字fd[0]表示，稱其為管道讀端；另一端則只能用於寫，由描述字fd[1]來表示，稱其為管道寫端。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。一般文件的I/O函數都可以用於管道，如close、read、write等等。
從管道中讀取數據：如果管道的寫端不存在，則認為已經讀到了數據的末尾，讀函數返回的讀出字節數為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，如果請求的字節數目不大於PIPE_BUF，則返回管道中現有數據字節數（此時，管道中數據量小於請求的數據量）；或者返回請求的字節數（此時，管道中數據量不小於請求的數據量）。注：（PIPE_BUF在include/Linux/limits.h中定義，不同的內核版本可能會有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少為512字節，red hat 7.2中為4096）。
關於管道的讀規則驗證：
* readtest.c * #include #include #include main() { int pipe_fd[2]; pid_t pid; char r_buf[100]; char w_buf[4]; char* p_wbuf; int r_num; int cmd;
memset(r_buf,0,sizeof(r_buf)); memset(w_buf,0,sizeof(r_buf)); p_wbuf=w_buf; if(pipe(pipe_fd)0) { close(pipe_fd[0]);//read strcpy(w_buf,"111"); if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)!=-1) printf("parent write over\n"); close(pipe_fd[1]);//write printf("parent close fd[1] over\n"); sleep(10); } }
程序輸出結果：
* parent write over * parent close fd[1] over * read num is 4 the data read from the pipe is 111
附加結論：管道寫端關閉後，寫入的數據將一直存在，直到讀出為止。 向管道中寫入數據：向管道中寫入數據時，Linux將不保證寫入的原子性，管道緩沖區一有空閒區域，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沖區中的數據，那麼寫操作將一直阻塞。
注：只有在管道的讀端存在時，向管道中寫入數據才有意義。否則，向管道中寫入數據的進程將收到內核傳來的SIFPIPE信號，應用程序可以處理該信號，也可以忽略（默認動作則是應用程序終止）。對管道的寫規則的驗證1：寫端對讀端存在的依賴性
#include #include main() { int pipe_fd[2]; pid_t pid; char r_buf[4]; char* w_buf; int writenum; int cmd;
memset(r_buf,0,sizeof(r_buf)); if(pipe(pipe_fd)0) { sleep(1); //等待子進程完成關閉讀端的操作 close(pipe_fd[0]);//write w_buf="111"; if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4))==-1) printf("write to pipe error\n"); else printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum);
close(pipe_fd[1]); } }
則輸出結果為： Broken pipe,原因就是該管道以及它的所有fork()產物的讀端都已經被關閉。如果在父進程中保留讀端，即在寫完pipe後，再關閉父進程的讀端，也會正常寫入pipe，讀者可自己驗證一下該結論。因此，在向管道寫入數據時，至少應該存在某一個進程，其中管道讀端沒有被關閉，否則就會出現上述錯誤（管道斷裂,進程收到了SIGPIPE信號，默認動作是進程終止）對管道的寫規則的驗證2：Linux不保證寫管道的原子性驗證
#include #include #include main(int argc,char**argv) { int pipe_fd[2]; pid_t pid; char r_buf[4096]; char w_buf[4096*2]; int writenum; int rnum; memset(r_buf,0,sizeof(r_buf)); if(pipe(pipe_fd)0) { close(pipe_fd[0]);//write memset(r_buf,0,sizeof(r_buf)); if((writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,1024))==-1) printf("write to pipe error\n"); else printf("the bytes write to pipe is %d \n", writenum); writenum=write(pipe_fd[1],w_buf,4096); close(pipe_fd[1]); } }
輸出結果：
the bytes write to pipe 1000 the bytes write to pipe 1000 //注意，此行輸出說明了寫入的非原子性 the bytes write to pipe 1000 the bytes write to pipe 1000 the bytes write to pipe 1000 the bytes write to pipe 120 //注意，此行輸出說明了寫入的非原子性 the bytes write to pipe 0 the bytes write to pipe 0 ......
結論：
寫入數目小於4096時寫入是非原子的！
如果把父進程中的兩次寫入字節數都改為5000，則很容易得出下面結論：
寫入管道的數據量大於4096字節時，緩沖區的空閒空間將被寫入數據（補齊），直到寫完所有數據為止，如果沒有進程讀數據，則一直阻塞。
1.4 管道應用實例：
實例一：用於shell
管道可用於輸入輸出重定向，它將一個命令的輸出直接定向到另一個命令的輸入。比如，當在某個shell程序（Bourne shell或C shell等）鍵入who│wc -l後，相應shell程序將創建who以及wc兩個進程和這兩個進程間的管道。考慮命令行：$kill -l
$kill -l | grep SIGRTMIN 運行結果如下：
30) SIGPWR 31) SIGSYS 32) SIGRTMIN 33) SIGRTMIN+1 34) SIGRTMIN+2 35) SIGRTMIN+3 36) SIGRTMIN+4 37) SIGRTMIN+5 38) SIGRTMIN+6 39) SIGRTMIN+7 40) SIGRTMIN+8 41) SIGRTMIN+9 42) SIGRTMIN+10 43) SIGRTMIN+11 44) SIGRTMIN+12 45) SIGRTMIN+13 46) SIGRTMIN+14 47) SIGRTMIN+15 48) SIGRTMAX-15 49) SIGRTMAX-14
實例二：用於具有親緣關系的進程間通信
下面例子給出了管道的具體應用，父進程通過管道發送一些命令給子進程，子進程解析命令，並根據命令作相應處理。
#include #include main() { int pipe_fd[2]; pid_t pid; char r_buf[4]; char** w_buf[256]; int childexit=0; int i; int cmd;
memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
if(pipe(pipe_fd)0) //parent: send commands to child { close(pipe_fd[0]);
w_buf[0]="003"; w_buf[1]="005"; w_buf[2]="777"; w_buf[3]="000"; for(i=0;i