管道
管道是两个或更多相关或相关进程之间的通信媒介。 它可以在一个进程内，也可以在子进程和父进程之间进行通信。 通信也可以是多层次的，如父进程，子进程和子进程之间的沟通等。通信是通过一个过程写入管道和从管道读取来实现的。 要实现管道系统调用，请创建两个文件，一个写入文件，另一个从文件读取。
管道机制可以用一个实时的场景来看，比如用管子把水灌进一个容器里。 填充过程可以理解为是写入管道，读取过程只不过是从管道中取出。 这意味着一个输出(水)是为另一个(桶)输入的。参考下图 -
#include<unistd.h>
int pipe(int pipedes[2]);
这个系统调用将创建一个单向通信的管道，即它创建两个描述符，第一个连接从管道读取，另一个连接写入管道。
描述符pipedes [0]用于读取，pipedes [1]用于写入。 无论写入pipedes [1]什么都可以从pipedes [0]中读取。
这个调用在成功时将返回0，在失败的情况下为-1。 要知道失败的原因，请检查errno变量或perror()函数。
#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读写，在完成所需的操作之后，在执行操作和关闭文件之前，必须打开文件。 通常，默认情况下，为每个进程打开3个描述符，分别用于输入(标准输入 - 标准输入)，输出(标准输出 - 标准输出)和错误(标准错误 - 标准错误)，分别具有文件描述符0,1和2。
这个系统调用将返回一个文件描述符，用于读/写/查找(lseek)的进一步文件操作。 通常文件描述符从3开始，随着打开的文件数量增加一个数字。
传递给开放系统调用的参数是路径名(相对路径或绝对路径)，标志提到了打开文件的目的(比如打开O_RDONLY进行读取，O_RDONR，读写O_RDWR，以追加到现有的文件 O_APPEND，创建文件，如果不存在与O_CREAT等)和所需的模式提供读/写/执行权限的用户或所有者/组/其他人。 模式可以用符号来描述。
读使用4表示，写使用2表示和执行使用1表示。
例如:八进制值(以0开头)，0764表示拥有者拥有读取，写入和执行权限，组拥有读写权限，其他拥有读权限。 这也可以表示为S_IRWXU | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH，表示或操作0700 | 0040 | 0004→0764。
这个系统调用在成功时返回新的文件描述符id和-1以防出错。 错误的原因可以用errno变量或perror()函数来标识。
#include<unistd.h>
int close(int fd)
上面的系统调用关闭已经打开的文件描述符。 这意味着文件不再被使用，相关的资源可以被任何其他进程重用。 这个系统调用在成功时返回零，在出错时返回-1。 错误的原因可以用errno变量或perror()函数来标识。
#include<unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)
上面的系统调用是从指定的文件中读取文件描述符fd的参数，具有分配内存(静态或动态)的正确缓冲区以及缓冲区的大小。
文件描述符ID用于标识在调用open()或pipe()系统调用之后返回的相应文件。 从文件中读取文件之前，需要打开该文件。 它会在调用pipe()系统调用的情况下自动打开。
这个调用将返回成功时读取的字节数(或在遇到文件结尾的情况下为零)，在失败的情况下返回-1。 返回字节可以小于请求的字节数，以防万一没有数据可用或文件关闭。
要知道失败的原因，请检查errno变量或perror()函数。
#include<unistd.h>
ssize_t write(int fd, void *buf, size_t count)
上面的系统调用是使用文件描述符fd的参数，具有已分配内存(静态或动态)和缓冲区大小的适当缓冲区来写入指定文件。
文件描述符ID用于标识在调用open()或pipe()系统调用之后返回的相应文件。
在写入文件之前需要打开该文件。 它会在调用pipe()系统调用的情况下自动打开。
这个调用将返回成功写入的字节数(或者在没有写入的情况下为零)，如果失败则返回-1。 正确的错误码设置在失败的情况下。
要知道失败的原因，请检查errno变量或perror()函数。
示例程序
以下是一些示例程序。
示例程序1 - 使用管道编写和读取两条消息的程序。
算法
第1步 - 创建一个管道。
第2步 - 发送消息到管道。
第3步 - 从管道中检索消息并将其写入标准输出。
第4步 - 发送另一条消息到管道。
第5步 - 从管道中检索消息并将其写入标准输出。
注 - 检索消息也可以在发送所有消息之后完成。
源代码: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 - 理想情况下，每个系统调用都需要检查返回状态。 为了简化这个过程，所有的调用都没有进行检查。
执行步骤
首先编译 -
$ gcc -o simplepipe simplepipe.c
执行输出结果如下 -
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 - 使用父进程和子进程通过管道写入和读取两条消息的程序。
算法
第1步 - 创建一个管道。
第2步 - 创建一个子进程。
第3步 - 父进程写入管道。
第4步 - 子进程从管道中检索消息并将其写入标准输出。
第5步 - 再次重复步骤3和步骤4。
源代码: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;
}
执行步骤
首先编译 -
$ gcc pipewithprocesses.c –o pipewithprocesses
执行输出结果如下 -
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
使用管道双向通信
管道通信仅被视为单向通信，即，父进程写入和子进程读取，或者相反，但不是两者。 但是，如果父子进程双方都需要同时写入和读取管道，那么解决方案就是使用管道的双向通信。 建立双向通信需要两根管道。
以下是实现双向通信的步骤 -
第1步 - 创建两个管道。 第一个是父进程写入和子进程读取，如:pipe1。 第二个是为子进程写入和父进程读取，如:pipe2。
第2步 - 创建一个子进程。
第3步 - 关闭不需要的结束，因为每个通信只需要一端。
第4步 - 在父进程中关闭不需要的结束，读取pipe1的结尾并写入pipe2的结尾。
第5步 - 关闭子进程中的不需要的结束，写入pipe1的结尾和读取pipe2的结束。
第6步 - 根据需要进行通讯。
示例程序
示例程序1 - 使用管道实现双向通信。
算法
第1步 - 创建pipe1为父进程写和子进程读取。
第2步 - 为要写入的子进程和要读取的父进程创建pipe2。
第3步 - 关闭从父进程和子进程一侧管道不需要的一端。
第4步 - 父进程写一个消息和子进程读取并显示在屏幕上。
第5步 - 子进程写入消息和父进程读取并显示在屏幕上。
源代码: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;
}
执行步骤
首先编译 -
$ gcc twowayspipe.c –o twowayspipe
执行输出结果如下 -
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