管道是兩個(gè)或更多相關(guān)或相關(guān)進(jìn)程之間的通信媒介。 它可以在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)，也可以在子進(jìn)程和父進(jìn)程之間進(jìn)行通信。 通信也可以是多層次的，如父進(jìn)程，子進(jìn)程和子進(jìn)程之間的溝通等。通信是通過一個(gè)過程寫入管道和從管道讀取來實(shí)現(xiàn)的。 要實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)調(diào)用，請創(chuàng)建兩個(gè)文件，一個(gè)寫入文件，另一個(gè)從文件讀取。
管道機(jī)制可以用一個(gè)實(shí)時(shí)的場景來看，比如用管子把水灌進(jìn)一個(gè)容器里。 填充過程可以理解為是寫入管道，讀取過程只不過是從管道中取出。 這意味著一個(gè)輸出(水)是為另一個(gè)(桶)輸入的。參考下圖 -
#include<unistd.h>
int pipe(int pipedes[2]);
這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用將創(chuàng)建一個(gè)單向通信的管道，即它創(chuàng)建兩個(gè)描述符，第一個(gè)連接從管道讀取，另一個(gè)連接寫入管道。
描述符pipedes [0]用于讀取，pipedes [1]用于寫入。 無論寫入pipedes [1]什么都可以從pipedes [0]中讀取。
這個(gè)調(diào)用在成功時(shí)將返回0，在失敗的情況下為-1。 要知道失敗的原因，請檢查errno變量或perror()函數(shù)。
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
即使文件的基本操作是讀寫，在完成所需的操作之后，在執(zhí)行操作和關(guān)閉文件之前，必須打開文件。 通常，默認(rèn)情況下，為每個(gè)進(jìn)程打開3個(gè)描述符，分別用于輸入(標(biāo)準(zhǔn)輸入 - 標(biāo)準(zhǔn)輸入)，輸出(標(biāo)準(zhǔn)輸出 - 標(biāo)準(zhǔn)輸出)和錯(cuò)誤(標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤 - 標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤)，分別具有文件描述符0,1和2。
這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用將返回一個(gè)文件描述符，用于讀/寫/查找(lseek)的進(jìn)一步文件操作。 通常文件描述符從3開始，隨著打開的文件數(shù)量增加一個(gè)數(shù)字。
傳遞給開放系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)是路徑名(相對路徑或絕對路徑)，標(biāo)志提到了打開文件的目的(比如打開O_RDONLY進(jìn)行讀取，O_RDONR，讀寫O_RDWR，以追加到現(xiàn)有的文件 O_APPEND，創(chuàng)建文件，如果不存在與O_CREAT等)和所需的模式提供讀/寫/執(zhí)行權(quán)限的用戶或所有者/組/其他人。 模式可以用符號來描述。
讀使用4表示，寫使用2表示和執(zhí)行使用1表示。
例如:八進(jìn)制值(以0開頭)，0764表示擁有者擁有讀取，寫入和執(zhí)行權(quán)限，組擁有讀寫權(quán)限，其他擁有讀權(quán)限。 這也可以表示為S_IRWXU | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH，表示或操作0700 | 0040 | 0004→0764。
這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用在成功時(shí)返回新的文件描述符id和-1以防出錯(cuò)。 錯(cuò)誤的原因可以用errno變量或perror()函數(shù)來標(biāo)識。
#include<unistd.h>
int close(int fd)
上面的系統(tǒng)調(diào)用關(guān)閉已經(jīng)打開的文件描述符。 這意味著文件不再被使用，相關(guān)的資源可以被任何其他進(jìn)程重用。 這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用在成功時(shí)返回零，在出錯(cuò)時(shí)返回-1。 錯(cuò)誤的原因可以用errno變量或perror()函數(shù)來標(biāo)識。
#include<unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)
上面的系統(tǒng)調(diào)用是從指定的文件中讀取文件描述符fd的參數(shù)，具有分配內(nèi)存(靜態(tài)或動態(tài))的正確緩沖區(qū)以及緩沖區(qū)的大小。
文件描述符ID用于標(biāo)識在調(diào)用open()或pipe()系統(tǒng)調(diào)用之后返回的相應(yīng)文件。 從文件中讀取文件之前，需要打開該文件。 它會在調(diào)用pipe()系統(tǒng)調(diào)用的情況下自動打開。
這個(gè)調(diào)用將返回成功時(shí)讀取的字節(jié)數(shù)(或在遇到文件結(jié)尾的情況下為零)，在失敗的情況下返回-1。 返回字節(jié)可以小于請求的字節(jié)數(shù)，以防萬一沒有數(shù)據(jù)可用或文件關(guān)閉。
要知道失敗的原因，請檢查errno變量或perror()函數(shù)。
#include<unistd.h>
ssize_t write(int fd, void *buf, size_t count)
上面的系統(tǒng)調(diào)用是使用文件描述符fd的參數(shù)，具有已分配內(nèi)存(靜態(tài)或動態(tài))和緩沖區(qū)大小的適當(dāng)緩沖區(qū)來寫入指定文件。
文件描述符ID用于標(biāo)識在調(diào)用open()或pipe()系統(tǒng)調(diào)用之后返回的相應(yīng)文件。
在寫入文件之前需要打開該文件。 它會在調(diào)用pipe()系統(tǒng)調(diào)用的情況下自動打開。
這個(gè)調(diào)用將返回成功寫入的字節(jié)數(shù)(或者在沒有寫入的情況下為零)，如果失敗則返回-1。 正確的錯(cuò)誤碼設(shè)置在失敗的情況下。
要知道失敗的原因，請檢查errno變量或perror()函數(shù)。
以下是一些示例程序。
示例程序1 - 使用管道編寫和讀取兩條消息的程序。
算法
第1步 - 創(chuàng)建一個(gè)管道。
第2步 - 發(fā)送消息到管道。
第3步 - 從管道中檢索消息并將其寫入標(biāo)準(zhǔn)輸出。
第4步 - 發(fā)送另一條消息到管道。
第5步 - 從管道中檢索消息并將其寫入標(biāo)準(zhǔn)輸出。
注 - 檢索消息也可以在發(fā)送所有消息之后完成。
源代碼:simplepipe.c
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main() {
int pipefds[2];
int returnstatus;
char writemessages[2][20]={"Hi", "Hello"};
char readmessage[20];
returnstatus = pipe(pipefds);
if (returnstatus == -1) {
printf("Unable to create pipe\n");
return 1;
}
printf("Writing to pipe - Message 1 is %s\n", writemessages[0]);
write(pipefds[1], writemessages[0], sizeof(writemessages[0]));
read(pipefds[0], readmessage, sizeof(readmessage));
printf("Reading from pipe – Message 1 is %s\n", readmessage);
printf("Writing to pipe - Message 2 is %s\n", writemessages[0]);
write(pipefds[1], writemessages[1], sizeof(writemessages[0]));
read(pipefds[0], readmessage, sizeof(readmessage));
printf("Reading from pipe – Message 2 is %s\n", readmessage);
return 0;
}
注 - 理想情況下，每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用都需要檢查返回狀態(tài)。 為了簡化這個(gè)過程，所有的調(diào)用都沒有進(jìn)行檢查。
執(zhí)行步驟
首先編譯 -
$ gcc -o simplepipe simplepipe.c
執(zhí)行輸出結(jié)果如下 -
Writing to pipe - Message 1 is Hi
Reading from pipe – Message 1 is Hi
Writing to pipe - Message 2 is Hi
Reading from pipe – Message 2 is Hell
示例程序2 - 使用父進(jìn)程和子進(jìn)程通過管道寫入和讀取兩條消息的程序。
算法
第1步 - 創(chuàng)建一個(gè)管道。
第2步 - 創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程。
第3步 - 父進(jìn)程寫入管道。
第4步 - 子進(jìn)程從管道中檢索消息并將其寫入標(biāo)準(zhǔn)輸出。
第5步 - 再次重復(fù)步驟3和步驟4。
源代碼:pipewithprocesses.c -
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main() {
int pipefds[2];
int returnstatus;
int pid;
char writemessages[2][20]={"Hi", "Hello"};
char readmessage[20];
returnstatus = pipe(pipefds);
if (returnstatus == -1) {
printf("Unable to create pipe\n");
return 1;
}
pid = fork();
// Child process
if (pid == 0) {
read(pipefds[0], readmessage, sizeof(readmessage));
printf("Child Process - Reading from pipe – Message 1 is %s\n", readmessage);
read(pipefds[0], readmessage, sizeof(readmessage));
printf("Child Process - Reading from pipe – Message 2 is %s\n", readmessage);
} else { //Parent process
printf("Parent Process - Writing to pipe - Message 1 is %s\n", writemessages[0]);
write(pipefds[1], writemessages[0], sizeof(writemessages[0]));
printf("Parent Process - Writing to pipe - Message 2 is %s\n", writemessages[1]);
write(pipefds[1], writemessages[1], sizeof(writemessages[1]));
}
return 0;
}
執(zhí)行步驟
首先編譯 -
$ gcc pipewithprocesses.c –o pipewithprocesses
執(zhí)行輸出結(jié)果如下 -
Parent Process - Writing to pipe - Message 1 is Hi
Parent Process - Writing to pipe - Message 2 is Hello
Child Process - Reading from pipe – Message 1 is Hi
Child Process - Reading from pipe – Message 2 is Hello
管道通信僅被視為單向通信，即，父進(jìn)程寫入和子進(jìn)程讀取，或者相反，但不是兩者。 但是，如果父子進(jìn)程雙方都需要同時(shí)寫入和讀取管道，那么解決方案就是使用管道的雙向通信。 建立雙向通信需要兩根管道。
以下是實(shí)現(xiàn)雙向通信的步驟 -
第1步 - 創(chuàng)建兩個(gè)管道。 第一個(gè)是父進(jìn)程寫入和子進(jìn)程讀取，如:pipe1。 第二個(gè)是為子進(jìn)程寫入和父進(jìn)程讀取，如:pipe2。
第2步 - 創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程。
第3步 - 關(guān)閉不需要的結(jié)束，因?yàn)槊總€(gè)通信只需要一端。
第4步 - 在父進(jìn)程中關(guān)閉不需要的結(jié)束，讀取pipe1的結(jié)尾并寫入pipe2的結(jié)尾。
第5步 - 關(guān)閉子進(jìn)程中的不需要的結(jié)束，寫入pipe1的結(jié)尾和讀取pipe2的結(jié)束。
第6步 - 根據(jù)需要進(jìn)行通訊。
示例程序
示例程序1 - 使用管道實(shí)現(xiàn)雙向通信。
算法
第1步 - 創(chuàng)建pipe1為父進(jìn)程寫和子進(jìn)程讀取。
第2步 - 為要寫入的子進(jìn)程和要讀取的父進(jìn)程創(chuàng)建pipe2。
第3步 - 關(guān)閉從父進(jìn)程和子進(jìn)程一側(cè)管道不需要的一端。
第4步 - 父進(jìn)程寫一個(gè)消息和子進(jìn)程讀取并顯示在屏幕上。
第5步 - 子進(jìn)程寫入消息和父進(jìn)程讀取并顯示在屏幕上。
源代碼:twowayspipe.c -
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main() {
int pipefds1[2], pipefds2[2];
int returnstatus1, returnstatus2;
int pid;
char pipe1writemessage[20] = "Hi";
char pipe2writemessage[20] = "Hello";
char readmessage[20];
returnstatus1 = pipe(pipefds1);
if (returnstatus1 == -1) {
printf("Unable to create pipe 1 \n");
return 1;
}
returnstatus2 = pipe(pipefds2);
if (returnstatus2 == -1) {
printf("Unable to create pipe 2 \n");
return 1;
}
pid = fork();
if (pid != 0) // Parent process {
close(pipefds1[0]); // Close the unwanted pipe1 read side
close(pipefds2[1]); // Close the unwanted pipe2 write side
printf("In Parent: Writing to pipe 1 – Message is %s\n", pipe1writemessage);
write(pipefds1[1], pipe1writemessage, sizeof(pipe1writemessage));
read(pipefds2[0], readmessage, sizeof(readmessage));
printf("In Parent: Reading from pipe 2 – Message is %s\n", readmessage);
} else { //child process
close(pipefds1[1]); // Close the unwanted pipe1 write side
close(pipefds2[0]); // Close the unwanted pipe2 read side
read(pipefds1[0], readmessage, sizeof(readmessage));
printf("In Child: Reading from pipe 1 – Message is %s\n", readmessage);
printf("In Child: Writing to pipe 2 – Message is %s\n", pipe2writemessage);
write(pipefds2[1], pipe2writemessage, sizeof(pipe2writemessage));
}
return 0;
}
執(zhí)行步驟
首先編譯 -
$ gcc twowayspipe.c –o twowayspipe
執(zhí)行輸出結(jié)果如下 -
In Parent: Writing to pipe 1 – Message is Hi
In Child: Reading from pipe 1 – Message is Hi
In Child: Writing to pipe 2 – Message is Hello
In Parent: Reading from pipe 2 – Message is Hello
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