一、管道介绍
管道（Pipe）是一种在UNIX和类UNIX系统中用于进程间通信的机制。它允许一个进程的输出直接成为另一个进程的输入，从而实现数据的流动。管道是一种轻量级的通信方式，用于协调不同进程的工作。
1. 创建和使用管道：
- 创建： 管道可以通过在Shell命令中使用竖线符号
|来创建，也可以在程序中使用系统调用pipe来创建。- 使用： 管道通过将一个进程的标准输出（stdout）连接到另一个进程的标准输入（stdin），从而实现两者之间的数据传输。
- 2. 匿名管道：
- 类型： 管道分为匿名管道（Anonymous Pipe）和命名管道（Named Pipe）。
- 匿名管道： 由操作系统动态创建，用于具有亲缘关系的进程之间的通信，其句柄仅在创建时有效。
- 3. 命名管道（FIFO）：
- 类型： 命名管道是一种特殊的文件，也称为FIFO（First In, First Out）。
- 命名： 在文件系统中具有唯一名称，不限于亲缘关系的进程，可以在不同进程之间共享数据。
- 4. 进程间通信（IPC）：
- 目的： 管道用于实现进程间通信，允许一个进程的输出成为另一个进程的输入。
- 特点： 管道是半双工的，数据流只能单向传输，需要两个管道来实现双向通信。
- 5. Shell中的管道：
- 语法： 在Shell中，使用
|将一个命令的输出传递给另一个命令，形成管道。- 示例：
ls | grep "pattern"，这会将ls的输出传递给grep进行过滤。- 6. 程序中的管道：
- 系统调用： 在C语言等编程语言中，可以使用
pipe系统调用创建管道，使用dup2复制文件描述符，最后使用exec执行其他程序。- 7.关闭和错误处理：
- 关闭： 使用管道时，需要确保在合适的时候关闭不需要的文件描述符，以避免资源泄漏。
- 错误处理： 对于管道的创建和使用，需要进行错误处理，以处理可能发生的异常情况。
- 8.限制和注意事项：
- 有限性： 管道的缓冲区有限，可能导致阻塞，特别是在没有足够空间来容纳数据时。
- 同步问题： 管道的使用可能涉及到进程间的同步问题，需要谨慎处理。
ls |wc -l 这是一种典型的使用匿名管道的情况，用于连接两个进程，其中一个进程的输出成为另一个进程的输入。在这里，ls命令用于列出目录中的文件，而wc -l命令则用于统计行数，因此可以用于统计目录中文件的数量。
二 、管道特点
-
内核内存中的缓冲器：
- 管道是在内核内存中维护的缓冲器，用于在两个进程之间传递数据。这个缓冲器是有限的，因此管道的容量是有限的，当管道达到容量上限时，写操作可能会阻塞。
-
匿名管道与有名管道的特性：
- 匿名管道没有文件实体，它是通过系统调用
pipe创建的。有名管道则是在文件系统中有唯一名称的文件，通过mkfifo创建。有名管道可用于不同进程之间的通信，而匿名管道通常用于有亲缘关系的进程。
- 匿名管道没有文件实体，它是通过系统调用
-
管道的读写操作：
- 管道的读写操作与文件相似，可以使用标准的文件I/O操作，如
read和write。进程通过向管道写入数据，或从管道读取数据来进行通信。
- 管道的读写操作与文件相似，可以使用标准的文件I/O操作，如
-
消息边界的缺失：
- 与消息队列不同，管道是一个字节流，不存在消息边界的概念。进程可以读取任意大小的数据块，而不受写入数据块大小的限制。这种特性使得管道在流式数据传输场景中非常灵活。
-
数据的顺序性：
- 管道传递的数据是顺序的，即数据的读取顺序与写入顺序保持一致。这确保了在管道中传递的数据在接收端是按照正确的顺序被处理。
-
单向传递：
- 管道是单向的，即数据的传递方向是确定的。一端用于写入数据，另一端用于读取数据。这使得管道成为半双工的通信机制。
-
一次性读取：
- 从管道中读取数据是一次性的操作，即一旦数据被读取，它就从管道中被移除。这也意味着，如果某个进程没有读取所有写入管道的数据，这些数据将被丢弃。
-
无法随机访问：
- 与文件不同，管道中的数据不能通过
seek()等操作进行随机访问。由于管道是一个流式的通信机制，数据只能按顺序读取。
- 与文件不同，管道中的数据不能通过
-
匿名管道的限制：
- 匿名管道通常限制在具有公共祖先的进程之间使用。这通常是父子进程之间的通信，或者通过其他方式具有亲缘关系的进程之间的通信。匿名管道是在
pipe()系统调用时创建的。
- 匿名管道通常限制在具有公共祖先的进程之间使用。这通常是父子进程之间的通信，或者通过其他方式具有亲缘关系的进程之间的通信。匿名管道是在
三、 为什么可以使用管道进行进程间通信
在父子进程或兄弟进程之间使用匿名管道进行通信时，理解文件描述符表的概念是非常重要的。文件描述符表是每个进程内部维护的一张表，用于跟踪打开的文件和其他I/O资源。以下是匿名管道在进程间通信中与文件描述符表的关系：
-
文件描述符的创建：
- 当调用
pipe系统调用创建匿名管道时，会返回两个文件描述符，这两个文件描述符分别代表管道的读端和写端。
- 当调用
-
父子进程之间的文件描述符继承：
- 在调用
fork创建子进程时，子进程将会继承父进程的文件描述符表。这意味着子进程也会获得父进程的管道文件描述符。
- 在调用
-
关闭不需要的文件描述符：
- 通常，在使用管道进行通信时，需要关闭不需要的文件描述符。例如，在子进程中关闭管道的写端，在父进程中关闭管道的读端，以确保每个进程只使用它需要的文件描述符。
-
数据流动：
- 当一个进程向管道写入数据时，数据通过管道流向另一个进程。这是通过在一个进程中使用
write，在另一个进程中使用read来完成的，而这些操作使用文件描述符。
- 当一个进程向管道写入数据时，数据通过管道流向另一个进程。这是通过在一个进程中使用
四、管道的数据结构
五、 父子进程之间使用匿名管道通信
/*
#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);
功能：
创建一个匿名管道，用来进程通信
参数：
int pipefd[2] 这个数组是一个传出参数
pipefd[0] 对应管道的读端（文件描述符)
pipefd[2] 对应管道的写端
返回值：
成功：0
失败：-1
注意： 匿名管道只能用于具有关系的进程之间的通信（父子进程、兄弟进程）
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
// 子进程发送数据给父进程，父进程输出
int main(){
// 在fork之前创建管道
int pipefd[2];
int ret = pipe(pipefd);
if(ret==-1){
perror("pipe");
exit(0);
}
// 创建子进程
pid_t pid =fork();
if(pid>0){
printf(" i am a parent,pid : %d\n",getpid());
char buf[1024]={0};
while(1){
//读
int len = read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));
printf("parent recv :%s,pid: %d\n",buf,getpid());
char * str ="heloo ,i am your parent";
// 想管道写数据
write(pipefd[1],str, strlen(str));
sleep(1);
}
}else if(pid==0){
//sleep(10);
printf(" i am a child process, pid: %d\n",getpid());
char buf[1024]={0};
while (1){
char * str ="heloo ,i am your grandfaher";
// 向管道写数据
write(pipefd[1],str, strlen(str));
sleep(1);
// 读
int len = read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));
printf("parent recv :%s,pid: %d\n",buf,getpid());
}
}
return 0;
}六、fpathconf查看管道大小
fpathconf 是一个用于获取文件路径配置值（pathconf values）的函数。通过这个函数，可以获取与文件或文件描述符相关联的一些运行时配置信息，包括管道的大小。
要查看管道的大小，可以通过 fpathconf 函数来获取相应的配置值。对于管道的大小，我们关注的是 PIPE_BUF，它表示一个原子的写入或读取操作的最大字节数。注意，PIPE_BUF 并不一定反映实际管道的大小，而是表示每次写入或读取的最大字节数，它是一个限制，不同系统可能有不同的值
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
int main(){
int pipefd[2];
int ret = pipe(pipefd);
//获取管道大小
long size = fpathconf(pipefd[0],_PC_PIPE_BUF);
printf("pipe size : %ld\n",size);
return 0;
}
