【linux】dup文件描述符复制函数和管道详解

目录

一、文件描述符复制

1、dup函数（复制文件描述符）

​编辑 2、dup2函数（复制文件描述符）

​编辑 二、无名管道pipe

1、概述 

2、无名管道的创建

 3、无名管道读写的特点

 4、无名管道ps -A | grep bash实现

 三、有名管道FIFO（命名管道）

1、概述 

2、创建有名管道 mkfifo

3、有名管道读写的特点

一、文件描述符复制

        让新的文件描述符 指向 旧的文件描述符。（新旧文件描述符指向同一个文件） 使用的函数dup、dup2。

1、dup函数（复制文件描述符）

#include<unistd.h>

int dup(int oldfd);

        dup函数的功能：从系统中寻找最小可用的文件描述符 作为oldfd的副本。 新文件描述符 通过dup的返回值返回。

 2、dup2函数（复制文件描述符）

        #include<unistd.h>

        int dup2(int oldfd, int newfd);  

dup2的功能：将newfd作为oldfd的副本。 如果newfd事先存在 dup2会先close(newfd)，然后将newfd作为oldfd的副本。 

 二、无名管道pipe

1、概述 

         管道(pipe)又称无名管道。 无名管道是一种特殊类型的文件，在应用层体现为 两个打开的文件描述符（读端和写端）。

管道的特点：

  1. 半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
  2. 数据只能从管道的一端写入，从另一端读出。
  3. 写入管道中的数据遵循先入先出的规则。
  4. 管道所传送的数据是无格式的，这要求管道的读出方与写入方必须事先约定好数据 的格式， 如多少字节算一个消息等。
  5. 管道不是普通的文件，不属于某个文件系统，其只存在于内存中。
  6. 管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。
  7. 从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走，它就从管道中被抛弃，释放空间以便写更多的数据。
  8. 管道没有名字，只能在具有公共祖先的进程之间使用 

2、无名管道的创建

        #include<unistd.h>

        int pipe(int filedes[2]);

功能：经由参数filedes返回两个文件描述符

参数： filedes为int型数组的首地址，其存放了管道的文件描述符fd[0]、fd[1]。 filedes[0]为读而打开，filedes[1]为写而打开管道，filedes[0]的输出是filedes[1]的输 入。

返回值： 成功：返回 0 失败：返回-1

注意：在使用无名管道的时候 必须事先确定，谁发，谁收的问题。一旦确定不可更改。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{//创建一个无名管道int fd[2];pipe(fd);//创建一个子进程//父进程发 子进程收pid_t pid=fork();if(pid==0)//子进程{//子进程的写端无意义（可以事先关闭）close(fd[1]);//子进程接收父进程消息unsigned char buf[128]="";printf("子进程%d正在等待父进程的消息\n", getpid());read(fd[0],buf,sizeof(buf));printf("子进程%d读到的消息为:%s\n", getpid(), buf);//子进程读完数据 应该关闭读端close(fd[0]);//显示退出_exit(-1);}if(pid>0) //父进程{//父进程的读端无意义（可以事先关闭）close(fd[0]);//写端写入数据printf("3秒后父进程%d写入数据hello pipe\n",getpid());sleep(3);write(fd[1],"hello pipe",strlen("hello pipe"));printf("父进程:%d完成写入\n", getpid());//通信完成 应该关闭写端close(fd[0]);//等待子进程退出wait(NULL);}return 0;
}

 3、无名管道读写的特点

1、默认用read函数从管道中读数据是阻塞的。

2、调用write函数向管道里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞。

3、通信过程中，读端口全部关闭后，写进程向管道内写数据时，写进程会（收 到SIGPIPE信号）退出。 

 4、无名管道ps -A | grep bash实现

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{//创建一个无名管道int fd[2];pipe(fd);//创建两个子进程int i=0; for(i=0;i<2;i++){pid_t pid=fork();if(pid==0)break;//防止子进程继续创建子进程}if(i==0)//子进程1{//ps ‐A 写端close(fd[0]);//1作为fd[1]的副本dup2(fd[1],1);//执行ps ‐Aexeclp("ps","ps","-A",NULL);_exit(-1);}else if(i==1)//子进程2{//grep bash 读端close(fd[1]);//0作为fd[0]的副本dup2(fd[0],0);//执行grep bashexeclp("grep","grep","bash",NULL);}if(i==2) //父进程{//关闭管道读写端close(fd[0]);close(fd[1]);while(1){pid_t pid=waitpid(-1,NULL,WNOHANG);if(pid>0)printf("子进程%d退出了\n", pid);else if(pid==0)continue;else if(pid<0)break;}}return 0;
}

 三、有名管道FIFO（命名管道）

1、概述 

         主要用于没有血缘关系的进程间通信。

 

 特点:

  1. 半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
  2. 写入FIFO中的数据遵循先入先出的规则。
  3. FIFO所传送的数据是无格式的，这要求FIFO的读出方与写入方必须事先 约定好数据的格式，如多少字节算一个消息等。
  4. FIFO在文件系统中作为一个特殊的文件而存在，但FIFO中的内容却存放在内存中。
  5. 管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。
  6. 从FIFO读数据是一次性操作，数据一旦被读，它就从FIFO中被抛弃，释 放空间以便写更多的数据。
  7. 当使用FIFO的进程退出后，FIFO文件将继续保存在文件系统中以便以后使用。
  8. FIFO有名字，不相关的进程可以通过打开命名管道进 行通信(重要）

2、创建有名管道 mkfifo

FIFO文件的创建

        #include<sys/type.h>

        #include<sys/stat.h>

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

参数：

pathname：FIFO的路径名+文件名。

mode：mode_t类型的权限描述符。

返回值： 成功：返回 0 失败：如果文件已经存在，则会出错且返回-1

 fifo_write.c:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{//创建有名管道(确保两个进程识别相同目录)mkfifo("my_fifo",0666);//open以写的方式的打开 有名管道(阻塞 到 对方 以读的方式打开)int fp=open("my_fifo",O_WRONLY);if(fp<0){perror("open");return 0;}printf("写端open成功\n");while(1){//获取键盘输入unsigned char buf[128]="";printf("请输入需要发送的数据:");fgets(buf,sizeof(buf),stdin);buf[strlen(buf)-1]=0;//发送数据write(fp,buf,sizeof(buf));//退出循环if(strcmp(buf,"Bye")==0)break;}close(fp);
}

 fifo.read.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{//创建有名管道(确保两个进程识别相同目录)mkfifo("my_fifo",0666);//open以读的方式的打开 有名管道(阻塞 到 对方 以写的方式打开)int fp=open("my_fifo",O_RDONLY);if(fp<0){perror("open");return 0;}printf("读端open成功\n");//循环的读取数据while(1){//接收数据unsigned char buf[128]="";read(fp,buf,sizeof(buf));printf("收到数据:%s\n", buf);//退出循环if(strcmp(buf,"Bye")==0)break;}close(fp);
}

 

3、有名管道读写的特点

阻塞方式打开管道：

1、open以只读方式打开FIFO时，要阻塞到某个进程为写而打开此FIFO

2、open以只写方式打开FIFO时，要阻塞到某个进程为读而打开此FIFO。

3、open以只读、只写方式打开FIFO时会阻塞，调用read函数从FIFO里读数据时read也会阻塞。

4、通信过程中若写进程先退出了，则调用read函数从FIFO里读数据时不阻塞；若写进程又 重新运行，则调用read函数从FIFO里读数据时又恢复阻塞。

5、通信过程中，读进程退出后，写进程向命名管道内写数据时，写进程也会（收到 SIGPIPE信号）退出。

6、调用write函数向FIFO里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞。

 非阻塞方式打开管道：

1、先以只读方式打开：如果没有进程已经为写而打开一个FIFO, 只读open成功，并且 open不阻塞。

2、先以只写方式打开：如果没有进程已经为读而打开一个FIFO，只写open 将出错返回-1。

3、read、write读写命名管道中读数据时不阻塞。

4、通信过程中，读进程退出后，写进程向命名管道内写数据时，写进程也会（收到 SIGPIPE信号）退出。

注意： open函数以可读可写方式打开FIFO文件时的特点：

        1、open不阻塞。

        2、调用read函数从FIFO里读数据时read会阻塞。

        3、调用write函数向FIFO里写数据，当缓冲区已满时write也会阻塞

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