Linux 管道

news2024/9/28 5:27:57

一、认识管道

二、匿名管道

pipe函数

用法：

pipefd：

匿名管道通信：

三、命名管道

概念：

创建：

特性：

用途：

四、命名管道和匿名管道的区别

命名：

持久性：

进程间通信：

创建方式：

权限控制：

一、认识管道

将一个进程连接到另一个进程的数据量，我们称它为管道

在图片中who和wc是两个命令，运行后产生两个进程，who进程通过标准输出将数据送到管道中，wc进程再通过标准输入在管道中读取，数据传输完成。

who命令是查看当前云服务器的登陆用户，wc是统计当前行数

二、匿名管道

匿名管道是一种简单而有效的进程间通信方式，特别适用于父子进程之间或者相关进程之间的数据传输。

使用匿名管道实现父子进程间通信的原理就是，让两个父子进程先看到同一份被打开的文件资源，然后父子进程就可以对该文件进行写入或是读取操作，进而实现父子进程间通信。

注意：

管道方向：匿名管道是单向的，可以用于父子进程或兄弟进程之间的通信。如果需要双向通信，需要创建两个管道。
管道大小：匿名管道有固定的缓冲区大小。在写入管道时，如果写入的数据超过管道的容量，写入操作可能会阻塞或失败。因此，要确保在读取管道之前，已经将所有数据写入管道。
阻塞操作：管道的读取和写入操作默认是阻塞的，即如果没有可读数据或管道已满，写入和读取操作将阻塞进程。要避免阻塞，可以使用非阻塞的I/O操作或将管道设置为非阻塞模式。
进程间同步：如果多个进程同时读取或写入管道，可能会出现竞态条件。可以使用同步机制（如互斥锁或信号量）来确保进程之间的正确同步。
管道的生命周期：匿名管道在父进程和子进程之间共享，但在父进程终止后，子进程仍然可以继续使用管道。确保在不再需要管道时正确关闭它们，以避免资源泄漏。

pipe函数

pipe()函数是一个在 Unix/Linux 系统中用于创建管道的系统调用。它创建一个管道，用于在两个相关的进程之间进行通信，其中一个进程作为管道的写入端，另一个进程作为管道的读取端。

用法：

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);

pipefd：

在函数原型中，pipefd是一个整型数组，它有两个元素pipefd[0]表示管道的读取端、pipefd[1]表示管道的写入端。

pipefd[0]：读取端是一个打开的文件描述符，用于从管道中读取数据。当管道中有数据可读时，对该文件描述符的读取操作将成功，否则读取操作将阻塞
pipefd[1]：写入端是一个打开的文件描述符，用于向管道中写入数据。当管道的写入缓冲区未满时，对该文件描述符的写入操作将成功，否则写入操作将阻塞

（读取端）：当进程从管道读取数据时，应该使用这个文件描述符。读取端是一个打开的文件描述符，用于从管道中读取数据。当管道中有数据可读时，对该文件描述符的读取操作将成功，否则读取操作将阻塞，直到有数据可读或者管道关闭。

匿名管道通信：

在创建匿名管道实现父子间通信需要fork()和pipe()搭配使用

1.父进程使用pipe创建管道

2.父进程创建子进程

父进程关闭写端，子进程关闭读端

管道只能够进行单向通信，因此当父进程创建完子进程后，需要确认父子进程谁读谁写，然后关闭相应的读写端。
从管道写端写入的数据会被存到内核缓冲，直到从管道的读端被读取。

三、命名管道

概念：
- 命名管道是一种特殊类型的文件，它允许不相关的进程之间进行通信。
- 与匿名管道不同，命名管道是由文件系统中的路径名标识的。
创建：
- 可以使用mkfifo命令在文件系统中创建命名管道。
- 也可以使用mkfifo()系统调用在程序中创建命名管道。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    char *fifo_path = "/tmp/myfifo"; // 命名管道的路径名

    // 使用 mkfifo() 函数创建命名管道
    if (mkfifo(fifo_path, 0666) == -1) {
        perror("mkfifo");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Named pipe created successfully at %s\n", fifo_path);

    return 0;
}

特性：
- 命名管道在文件系统中以文件的形式存在，但其行为类似于管道。
- 命名管道具有阻塞特性，当写入数据时，如果没有进程读取数据，则写入进程会被阻塞。
- 命名管道就是一种特殊类型的文件，两个进程通过命名管道的文件名打开同一个管道文件。
- 命名管道可以像普通文件一样设置权限，以控制哪些进程可以访问它。
- 进程通过向命名管道写入数据，然后由另一个进程从管道读取数据来进行通信。
- 多个进程可以同时向命名管道写入数据，但只有一个进程可以读取数据。
- 命名管道遵循文件系统的生命周期，可以通过删除其路径名来销毁管道。
用途：
- 命名管道常用于同一主机上的不同进程之间的通信，特别是当这些进程无法通过常规IPC（Inter-Process Communication）机制通信时。
- 它们可以在shell脚本中用作简单的IPC机制，允许不同的shell命令之间进行通信
- 命名管道通常用于本地进程间通信，因此不适用于远程进程通信

四、命名管道和匿名管道的区别

命名：
- 命名管道有一个在文件系统中的路径名，可以通过文件系统访问和识别。
- 匿名管道没有在文件系统中的路径名，只能在创建它的进程内部使用。
持久性：
- 命名管道是持久的，它们在文件系统中存在，直到被显式删除。
- 匿名管道是临时的，它们只存在于创建它们的进程的生命周期中，进程结束时管道会自动被销毁。
进程间通信：
- 命名管道允许不相关的进程之间进行通信，因为它们可以在文件系统中识别。
- 匿名管道只适用于具有父子关系的相关进程之间的通信，因为它们是通过pipe()系统调用创建的，并且没有在文件系统中的路径名。
创建方式：
- 命名管道可以使用mkfifo命令或mkfifo()系统调用在文件系统中创建。
- 匿名管道可以使用pipe()系统调用在内存中创建，但它们不在文件系统中可见。
权限控制：
- 命名管道可以像普通文件一样设置权限，以控制哪些进程可以访问它。
- 匿名管道没有权限控制，只能由创建它的进程和其子进程访问。