程序間的通訊方式 pipe（1 管道）

程序通訊就是兩個程序之間進行資料交換，在linux中有好幾種可以進行程序通訊的方式，在這篇文章中我們主要介紹最基本的程序通訊方式——pipe管道。

程序之間交換資訊的唯一途徑就是傳送開啟的檔案。

管道是一種最古老也是最基本的系統ipc形式，所有的linux系統都提供此種通訊機制。但是管道有以下兩個侷限性：

管道是由核心管理的乙個緩衝區，它的一端連線乙個程序的輸出，另一端連線乙個程序的輸入。管道的緩衝區不需要很大，它被設計為環形的資料結構，當兩個程序都終止後，管道的生命週期也會被結束。

管道是通過呼叫pipe函式建立的。

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

它由輸出型引數fd返回兩個檔案描述符，fd[0]為讀而開啟，fd[1]為寫而開啟，fd[1]的輸出是fd[0]的輸入，當管道建立成功後pipe函式返回0,如果建立失敗則返回-1,fd[0]和fd[1]之間的關係如下圖：

上面我們在單個程序中建立了管道，但是實際上，單個程序中的管道是沒有什麼用的，通常，程序會先呼叫pipe函式產生管道，接著呼叫fork()函式，fork函式會將父程序的相關資料結構繼承到子程序中，這樣就使子程序中的檔案描述符表中的fd[0]和fd[1]指向父程序所指向的管道檔案，這樣就能實現兩個程序之間的通訊了。上面的過程如下圖：

對於乙個從子程序到父程序的管道(子程序寫，父程序讀)，父程序關閉fd[1],子程序關閉fd[0],當管道的一段被關閉後（在上面的基礎上關閉管道的一端）下列兩條規則起作用：

當讀乙個寫段已經被關閉的管道時，在所有的資料都被讀取後，read返回0(read返回0表示已經讀到檔案結束符)；

下面我們進行驗證：

#include#include #include #include #include #include int main()
;    if(pipe(fd)!=0)
// pipe create success
pid_t id=fork();
if(id==0)
sleep(1);
printf("child is writing...\n");
}close(fd[1]);
exit(0);
}else
else if(len==0)
else
}close(fd[0]);
int status=0;
pid_t _pid=waitpid(id,&status,0);
if(_pid==id)
else
exit(0);
}return 0;
}

程式讓子程序寫三次字串然後關閉子程序fd[1],即關閉管道的寫端，不關閉父程序的fd[0],即管道的讀端。

如果寫乙個讀端已經被關閉的管道，則會產生相關訊號對寫段的程序進行終止，如果忽略該訊號或捕捉該訊號並從處理程式返回，則write會返回-1,errno會設定為epipe;

下面我們進行驗證：

#include#include #include #include #include #include int main()
;    if(pipe(fd)!=0)
// pipe create success
pid_t id=fork();
if(id==0)
printf("child is writing...\n");
}close(fd[1]);
}else
else if(len==0)
else
}close(fd[0]);
int status=0;
pid_t _pid=waitpid(id,&status,0);
if(_pid==id)
else
exit(0);
}return 0;
}

**的意圖是這樣：我們讓write端（子程序）一直寫字串msg，而read端（父程序）先讀三次然後在關閉掉父程序的fd[0],這樣就形成了子程序一直寫，而父程序沒有在讀的情況。結果如下：

我們發現父程序關閉掉fd[0]後子程序被異常終止了，我們從子程序的退出碼和退出信號碼發現它是被13號訊號（sigpipe）所終止的,所以寫乙個讀端關閉的管道這對pipe來說並不成立，作業系統會在讀端關閉後向寫端的程序傳送sigpipe使程序被終止。

如果管道的讀端和寫端都沒有關閉，但是管道的寫端沒有再向管道寫資料了。這時如果管道中沒有資料了，那麼在此read程序會產生阻塞，直到管道中有資料了才讀取資料並返回。

如果有指向管道讀端的檔案描述符沒有關閉，而持有管道讀端的沒有從管道中讀資料，這時有程序向管道中寫資料，如果管道被寫滿再向管道寫資料是，再次write會導致程序阻塞，直到管道中有空間了才會繼續向管道中寫資料並返回。

我們可以通過* man 7 pipe*；來查詢管道的容量pipe_capacity

## linux的管道實現機制

從本質上說，管道也是一種檔案，但它又和一般的檔案有所不同，管道可以克服使用檔案進行通訊的兩個問題，具體表現為：

管道是乙個固定大小的緩衝區，在linux中，該緩衝區的大小為一頁，即4kb，使它的大小不會像普通檔案那樣不加檢驗的增長。在linux中，核心使用struct pipe_inode_info結構體來描述乙個管道，這個結構體定義在pipe_fs_i.h中。

struct pipe_inode_info結構體

struct pipe_inode_info ;

緩衝區的個數

#define pipe_buffers (16)

管理緩衝區的結構

struct pipe_buffer ;

程序間的通訊方式 pipe（1 管道）

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