Posix管道基本知識

1. 基本資訊

管道是最早的ipc形式，一般可以分為管道和fifo（命名管道）兩類，使用通常的read和write進行讀寫。管道可以分為全雙工和半雙工管道。不同版本的unix提供了不同的實現。svr4的pipe建立的為全雙工管道，而posix1標準則為半雙工管道。一般是先全雙工管道使用socketpair函式較為可靠。

2. pipe、popen、pclose

#include int pipe(int fd[2]);

該函式會返回兩個檔案描述符，fd[0]用來讀、fd[1]用來寫。

儘管管道由單個程序建立，但其一般會作為程序通訊的手段。過程大致如下：

首先，乙個程序建立管道後fork出乙個自身的副本

接著，父程序關閉讀入端，子程序關閉寫入端

這樣就形成了一條父程序到子程序的單向流。實際上當我們執行who | sort | lp命令時，將建立3個程序和2個管道。而如果我們需要雙向資料流時，其步驟如下：

a. 建立兩條管道（fd1[2] 和 fd2[2]）

b. fork出自身的副本

c. 父程序關閉管道1的讀和管道2的寫

d. 子程序關閉管道1的寫和管道2的讀

#include file *popen(const char *command, const char *type);//成功返回檔案指標，失敗返回null
int pclose(file *stream);//成功返回shell中止狀態，出錯返回-1

command shell命令列，函式在呼叫程序和命令列程序間建立乙個管道

type 管道型別，type = w為寫管道、type = r 為讀管道

3. 命名管道（fifo)

上面我們提到的主要是匿名管道的一些介面，其主要是針對有親緣關係的程序通訊。而命名管道可以允許無親緣關係的程序訪問同乙個fifo。

#include  #include int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

pathname 普通unix路徑名，也是該fifo的名字

mode 許可權位

本函式已經隱含指定了o_creat | o_excl標誌位，即其要麼建立乙個fifo，要麼返回乙個eexist錯誤，如果我們不希望建立乙個新的fifo則，我們需要使用open函式。在shell環境下我們可以使用mkfifo命令建立命名管道。實際上fifo不能開啟既讀又寫，有且僅可以由乙個。對fifo的寫操作總是將內容新增到末尾，讀操作總是從開頭返回資料。下面我們給出乙個無親緣關係的伺服器-客戶端示例子：

#define fifo1 "/tmp/fifo.1"
#define fifo2 "/tmp/fifl.2"
void server(int ,int );
int main(int argc, char *argv)
readfd = open(fifo1, o_rdonly, 0);
writefd = open(fifo2, o_wronly, 0);
server(readfd,writefd);
}

客戶端：

#define fifo1 "/tmp/fifo.1"
#define fifo2 "/tmp/fifl.2"
void server(int ,int );
int main(int argc, char *argv)

4. 額外屬性

a. open管道時，可以指定o_nonblock；或使用fcntl指定o_nonblock.

b. read時，管道中的資料小於read要求的資料時，只返回可用資料

c. write時，要寫入的資料小於等於pipe_buf，則保證寫操作是原子性的，否則不保證原子性

d. write時，如果管道為非阻塞，若寫入位元組大於管道可用位元組，則返回eagain（小於pipe_buf);若fifo中有乙個位元組的空間，則返回寫入的位元組數，如果滿，則返回eagain(大於pipe_buf);

e. 如果向乙個沒有為讀開啟的管道寫入，則會產生乙個sigpipe.預設為中止程序，若忽略該訊號，則write返回epipe.

d. read乙個沒有為寫開啟的管道時，read會返回0（檔案結束符）。當面對多客戶的情形時，一旦最後乙個客戶退出，就會返回檔案結束符，我們不得不關閉描述符然後重新開啟，等待下乙個讀開啟。在設計時，我們可以再伺服器程序中開啟乙個寫管道，這樣就可以保證管道的寫端永遠有乙個以上的寫開啟。

5. 位元組流

實際上，管道使用位元組流i/o模型，其不區分記錄邊界，解決的方法有三個：

a. 帶內特殊終止符：寫操作加入換行符，讀每次讀一行

b. 顯式長度：每個記錄前冠以它的長度

c. 每次連線乙個記錄：以連線斷開標誌為記錄結束標誌，需要為每個記錄建立連線

e. 我們還可以自己構建結構化的訊息，每個訊息乙個記錄，這樣通過讀寫結構化的訊息就可以了，這種方案示例如下：

#define maxmesdata (pipe_buf - 2 * sizeof(long))
#define mesghdrsize (sizeof(struct mymesg) - maxmesdata)
struct mymesg;
ssize_t mesg_send(int fd, struct mymesg *mptr)
ssize_t mesg_recv(int fd, struct mymesg *mptr)

使用管道時我們需要注意兩個限制：

open_max 程序最大開啟檔案描述符限制，sysconf可查

pipe_buf 可以原子化的讀寫乙個管道的最大資料量pathconf或fpathconf可查，和管道路徑相關。

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