进程管道：pipe调用

news2025/1/13 7:50:40

在看过高级的popen函数之后，我们再来看看底层的pipe函数。通过这个函数在两个程序之间传递数据不需要启动一个shell来解释请求的命令。它同时还提供了对读写数据的更多控制。pipe函数的原型如下所示：

#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);

pipe函数的参数是一个由两个整数类型的文件描述符组成的数组的指针。该函数在数组中填上两个新的文件描述符后返回0，如果失败则返回-1并设置errno来表明失败的原因。在Linux手册页（手册的第二部分）中定义了下面一些错误。

❑ EMFILE：进程使用的文件描述符过多。

❑ ENFILE：系统的文件表已满。

❑ EFAULT：文件描述符无效。

两个返回的文件描述符以一种特殊的方式连接起来。写到file_descriptor[1]的所有数据都可以从file_descriptor[0]读回来。数据基于先进先出的原则（通常简写为FIFO）进行处理，这意味着如果你把字节1,2,3写到file_descriptor[1]，从file_descriptor[0]读取到的数据也会是1, 2,3。这与栈的处理方式不同，栈采用后进先出的原则，通常简写为LIFO。

特别要注意，这里使用的是文件描述符而不是文件流，所以我们必须用底层的read和write调用来访问数据，而不是用文件流库函数fread和fwrite。

下面的程序pipe1.c用pipe函数来创建一个管道。

实验pipe函数

注意file_pipes数组的用法，它的地址被当作参数传递给pipe函数。

测试代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define DEBUG_INFO(format, ...) printf("%s - %d - %s :: "format"\n",__FILE__,__LINE__,__func__ ,##__VA_ARGS__)

void test_01(void){
    int len = 0;
    int fds_pipes[2];
    const char some_data[] = "123";
    const char some_data2[] = "456";

    char buf[BUFSIZ + 1];

    memset(buf,0,sizeof(buf));

    if(pipe(fds_pipes) == 0){
        len = write(fds_pipes[1],some_data,strlen(some_data));
        DEBUG_INFO("write len = %d",len);
        len = read(fds_pipes[0],buf,BUFSIZ);
        DEBUG_INFO("read len = %d,buf = %s",len,buf);

        memset(buf,0,sizeof(buf));
        len = write(fds_pipes[0],some_data2,strlen(some_data2));
        DEBUG_INFO("write len = %d",len);
        len = read(fds_pipes[1],buf,BUFSIZ);
        DEBUG_INFO("read len = %d,buf = %s",len,buf);
    }else{
        perror("pipe:");
    }
}

int main(int argc, char**argv){
    test_01();
    DEBUG_INFO("hello world");
    return 0;
}

测试结果：

实验解析

这个程序用数组file_pipes[]中的两个文件描述符创建一个管道。然后它用文件描述符file_pipes[1]向管道中写数据，再从file_pipes[0]读回数据。注意，管道有一些内置的缓存区，它在write和read调用之间保存数据。

如果你尝试用file_descriptor[0]写数据或用file_descriptor[1]读数据，其后果并未在文档中明确定义，所以其行为可能会非常奇怪，并且随着系统的不同，其行为可能会发生变化。在我的系统上，这样的调用将失败并返回-1，这至少能够说明这种错误比较容易发现。

乍看起来，这个使用管道的例子并无特别之处，它做的工作也可以用一个简单的文件完成。管道的真正优势体现在，当你想在两个进程之间传递数据的时候。当程序用fork调用创建新进程时，原先打开的文件描述符仍将保持打开状态。如果在原先的进程中创建一个管道，然后再调用fork创建新进程，我们即可通过管道在两个进程之间传递数据。

实验跨越fork调用的管道

（1）下面这个程序pipe2.c的开始部分（在调用fork之前的部分）和第一个例子非常相似。

测试代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define DEBUG_INFO(format, ...) printf("%s - %d - %s :: "format"\n",__FILE__,__LINE__,__func__ ,##__VA_ARGS__)

void test_01(void){
    int len = 0;
    int fds_pipes[2];
    const char some_data[] = "123";
    const char some_data2[] = "456";
    pid_t pid;
    int res;

    char buf[BUFSIZ + 1];

    memset(buf,0,sizeof(buf));
    res = pipe(fds_pipes);
    if(res != 0){
        perror("pipe:");
        return;
    }
    pid = fork();
    if(pid < 0){
        perror("fork:");
        return ;
    }
    if(pid == 0){
        len = read(fds_pipes[0],buf,BUFSIZ);
        DEBUG_INFO("CHILD:pid = %lu,read -- len = %d,buf = %s\n",getpid(),len,buf);

        len = write(fds_pipes[1],some_data2,BUFSIZ);
        DEBUG_INFO("CHILD:pid = %lu,write -- len = %d\n",getpid(),len);

        sleep(1);
        return;
    }
    len = write(fds_pipes[1],some_data,BUFSIZ);
    DEBUG_INFO("PARENT:pid = %lu,write -- len = %d\n",getpid(),len);

    len = read(fds_pipes[0],buf,BUFSIZ);
    DEBUG_INFO("PARENT:pid = %lu,read -- len = %d,buf = %s\n",getpid(),len,buf);
    sleep(1);
}

int main(int argc, char**argv){
    test_01();
    DEBUG_INFO("hello world");
    return 0;
}

测试结果：

在本测试代码中实现了双向通信。

实验解析

这个程序首先用pipe调用创建一个管道，接着用fork调用创建一个新进程。如果fork调用成功，父进程就写数据到管道中，然后父进程开发等待从管道中读数据，子进程从管道中读取数据后，向管道中写数据，然后父进程读到数据。父进程和子进程写数据的时候都使用的文件描述符fds_pipes[1]，读数据的时候都使用的文件描述符fds_pipes[0]

CMakeLists.tx 、编译脚本和sftp.json

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(myapp)

# add_compile_options("-std=c++11")

add_executable(popen popen.c)
add_executable(popen2 popen2.c)
add_executable(popen3 popen3.c)
add_executable(popen4 popen4.c)
add_executable(pipe1 pipe1.c)
add_executable(pipe2 pipe2.c)

rm -rf _build_
mkdir _build_ -p
cmake -S ./ -B _build_
make -C _build_
# ./_build_/popen
# ./_build_/popen2
# ./_build_/popen3
# ./_build_/popen4
# ./_build_/pipe1
./_build_/pipe2

sftp.json

{
    "name": "My Server",
    "host": "192.168.31.138",
    "protocol": "sftp",
    "port": 22,
    "username": "lkmao",
    "password": "lkmao",
    "remotePath": "/big/work/ipc",
    "uploadOnSave": true,
    "useTempFile": false,
    "openSsh": false
}