进程间通信之管道通信

两个程序之间传递数据的一种简单方法是使用popen和pclose。

#include <stdio.h>
FILE *popen(const char *command, const char *type);
int pclose(FILE *stream);
    popen函数允许一个程序将另一个程序作为新进程来启动，并可以传递数据给它或者通过它接收数据。command字符串是要运行的程序名和相应的参数。type必须是"r"或"w"。如果type是"r"，被调程序的输出就可以被调用程序使用，调用程序利用popen函数返回的FILE *文件流指针，可以读取被调程序的输出；如果type是"w"，调用程序就可以向被调程序发送数据，而被调程序可以在自己的标准输入上读取这些数据。pclose函数只在popen启动的进程结束后才返回。如果调用pclose时它仍在运行，pclose将等待该进程的结束。

#include <stdio.h>#define SIZE 1024*100int main()
{FILE *fp = popen("ps -ef", "r");if (fp == NULL){perror ("popen");return -1;}char buf[SIZE] = {0};int ret = fread(buf, sizeof(char), SIZE-1, fp);// printf ("读到的数据:\n %s\n", buf);FILE *fp2 = popen("grep a.out", "w");if (fp2 == NULL){perror ("popen");return -1;}fwrite (buf, sizeof(char), ret, fp2);printf ("写入完成\n");pclose (fp);pclose (fp2);return 0;
}

管道是单向的、先进先出的，它把一个进程的输出和另一个进程的输入连接在一起。一个进程（写进程）在管道尾部写入数据，另一个进程（读进程）从管道的头部读出数据。管道包括无名管道和有名管道两种，前者用于父进程和子进程间的通信，后者可用于运行于同一系统中的任意两个进程间的通信。
无名管道由pipe( )函数创建：

int pipe(int filedis[2]);

当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：filedis[0]fi用于读管道，ledis[1]
用于写管道。
这里写图片描述
管道用于不同进程间通信。通常先创建一个管道，在通过fork函数创建一个子进程，该子进程会继承父进程所创建的管道描述符。必须在系统调用fork()前调用pipe()，否则子进程将不会继承文件描述符。

1、单个进程中的管道

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>#define SIZE 1024*100int main()
{int fd[2];int ret = pipe(fd);if (ret == -1){perror ("pipe");return -1;}ret = write (fd[1], "hello", 5);printf ("写入 %d 个字节\n", ret);char ch;while (1){// 如果管道里面没有数据可读，read会阻塞ret = read (fd[0], &ch, 1);if (ret == -1){perror ("read");break;}printf ("读到 %d 字节： %c\n", ret, ch);}close (fd[0]);close (fd[1]);return 0;
}

2、父子进程通过管道进行通信

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>#define SIZE 1024// 子进程通过管道从父进程接收数据
void child_do(int *fd)
{// 将管道的写端关闭close (fd[1]);char buf [SIZE];while (1){// 从父进程读取数据int ret = read (fd[0], buf, SIZE-1);if (ret == -1){perror ("read");break;}buf[ret] = '\0';printf ("子进程读到 %d 字节数据： %s\n", ret, buf);}// 关闭读端close (fd[0]);
}// 父进程通过管道向子进程发送数据
void father_do(int *fd)
{// 将管道读端关闭close (fd[0]);char buf[SIZE];while (1){fgets (buf, SIZE, stdin);// 向子进程发送数据int ret = write (fd[1], buf, strlen(buf));printf ("父进程发送了 %d 字节数据\n", ret);}// 关闭写端close (fd[1]);
}int main()
{int fd[2];// 创建管道int ret = pipe(fd);if (ret == -1){perror ("pipe");return -1;}// 创建子进程pid_t pid = fork();switch (pid){case -1:perror ("fork");break;case 0:   // 子进程child_do(fd);break;default:father_do(fd);break;}return 0;
}

3、父子进程通过管道实现文件复制

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#define SIZE 1024// 子进程通过管道从父进程接收数据
void child_do(int *fd)
{// 将管道的写端关闭close (fd[1]);int fd_write = open ("2.mmap", O_WRONLY|O_CREAT, 0777);if (fd_write == -1){perror ("open");return;}int ret;char buf [SIZE];// read 从管道读数据，如果管道没有数据可读，read 会阻塞// 如果 管道的写端 被关闭， read 返回 0while (ret = read (fd[0], buf, SIZE)){if (ret == -1){perror ("read");break;}// 把从父进程接收的数据写入到新文件中write (fd_write, buf, ret);}printf ("文件复制完成\n");// 关闭读端close (fd[0]);close (fd_write);
}// 父进程通过管道向子进程发送数据
void father_do(int *fd)
{// 将管道读端关闭close (fd[0]);int fd_read = open ("1.mmap", O_RDONLY);if (fd_read == -1){perror ("open");return;}int ret;char buf[SIZE];while (ret = read (fd_read, buf, SIZE)){if (ret == -1){perror ("read");break;}// 把读到的内容发送给子进程write (fd[1], buf, ret);}// 关闭写端close (fd[1]);close (fd_read);
}int main()
{int fd[2];// 创建管道int ret = pipe(fd);if (ret == -1){perror ("pipe");return -1;}// 创建子进程pid_t pid = fork();switch (pid){case -1:perror ("fork");break;case 0:   // 子进程child_do(fd);break;default:father_do(fd);break;}return 0;
}

4、管道读端关闭，写端继续写数据

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>#define SIZE 1024// 子进程通过管道从父进程接收数据
void child_do(int *fd)
{close (fd[1]);close (fd[0]);
}void father_do(int *fd)
{// 将管道读端关闭close (fd[0]);printf ("等待子进程关闭读端\n");sleep(2);// 所有读端都关闭了，写端继续往管道写入数据// 如果管道所有的读端都被关闭，继续写数据系统默认的操作是使程序退出write (fd[1], "hello", 5);printf ("11111111111111111111111111111111\n");// 关闭写端close (fd[1]);
}int main()
{int fd[2];// 创建管道int ret = pipe(fd);if (ret == -1){perror ("pipe");return -1;}// 创建子进程pid_t pid = fork();switch (pid){case -1:perror ("fork");break;case 0:   // 子进程child_do(fd);break;default:father_do(fd);break;}return 0;
}

以上是无名管道常用的一些操作。

命名管道（FIFO）和无名管道基本相同，但也有不同点：无名管道只能由父子进程使用；但是通过命名管道，不相关的进程也能交换数据。

命名管道具有很好的使用灵活性，表现在:

1) 既可用于本地，又可用于网络。

2) 可以通过它的名称而被引用。

3) 支持多客户机连接。

4) 支持双向通信。

5) 支持异步重叠I/O操作。

1、创建命名管道

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

pathname: FIFO文件名
mode:属性（同文件操作）

一旦创建了一个FIFO,就可用open打开它，一般的文件访问函数（close、read、write等）都可用于FIFO。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>int main()
{int ret = mkfifo("/home/mkfifo", 0777);if (ret == -1){perror ("mkfifo");return -1;}return 0;
}

2、命名管道的传输
当打开FIFO时，非阻塞标识（O_NONBLOCK）将对以后的读写产生影响：
1、没有使用O_NONBLOCK:访问要求无法满足时进程将阻塞。如果试图读取空的FIFO，将导致进程阻塞。
2、使用O_NONBLOCK:访问要求无法满足时不阻塞，立刻出错返回。errno是ENXIO。

写入：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>#define SIZE 1024int main()
{int fd = open("/home/mkfifo", O_WRONLY);if (fd== -1){perror ("mkfifo");return -1;}char buf[SIZE];while (1){fgets (buf, SIZE, stdin);write (fd, buf, strlen(buf));}return 0;
}

读取：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#define SIZE 1024int main()
{int fd = open("/home/mkfifo", O_RDWR);if (fd == -1){perror ("mkfifo");return -1;}char buf[SIZE];while (1){int ret = read (fd, buf, SIZE);buf[ret] = '\0';printf ("读到 %d 字节: %s\n", ret, buf);}return 0;
}

管道作为进程间通信的4种方式之一，他并不会保存数据，区别与共享内存。

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