Pipe笔记

2 管道（匿名）

2.1 管道的概念

• 本质：
  • 内核缓冲区
  • 伪文件－不占用磁盘空间
• 特点：
  • 两部分：
    • 读端，写端，对应两个文件描述符
    • 数据写端流入，读端流出
  • 操作管道的进程被销毁之后，管道自动被释放
  • 管道默认是阻塞的
    • 读写

2.2 管道的原理

• 内部实现方式：队列
  • 环形队列
  • 特点：先进先出
• 缓冲区大小：
  • 默认4K
  • 大小会根据实际情况做适当调整

2.3 管道的局限性

• 队列
  • 数据只能读取一次，不能重复读取
• 半双工：
  • 单工：遥控器
  • 半双工：对讲机
    • 数据传输的方向是单向的
  • 双工：电话
• 匿名管道：
  • 适用于有血缘关系的进程

2.4 创建匿名管道

• int pipe(int fd[2]);
  • fd - 传出参数
  • fd[0] - 读端(=3, 因为stdin=0, stdout=1, stderr=2)
  • fd[1] - 写端(=4)

2.5 父子进程使用管道通信

• 思考：
  • 单个进程能否使用管道完成读写操作？
    • 可以
  • 父子进程间通信是否需要sleep函数？
    • 否
• 注意事项：
  • 父进程读时：关闭写端
  • 子进程写时：关闭读端
• 练习
  1. 父子进程间通信，实现ps aux | grep bash
     • 数据重定向：dup2
     • execlp

     代码如下:

     /* 程序来源：https://www.bilibili.com/video/av17360025/?p=30
      * 程序功能：父子进程间通信，实现`ps aux | grep bash`
      */
          
     #include <stdio.h>
     #include <unistd.h>
     #include <stdlib.h>
     #include <sys/types.h>
     #include <sys/stat.h>
     #include <string.h>
          
     int main()
     {
     	int fd[2];
          
     	if(pipe(fd)){
     		perror("pipe error");
     		exit(EXIT_FAILURE);
     	}
          
     	pid_t pid=fork();
     	if(pid == -1){
     		perror("fork error");
     		exit(EXIT_FAILURE);
     	}
     	//父进程: `ps aux`
     	if(pid > 0){
     		// 写管道的操作，关闭读端
     		close(fd[0]);
     		// 文件描述符重定向：STDOUT_FILENO->管道写端
     		dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
     		execlp("ps", "ps", "aux", NULL);
     		perror("execlp");
     		exit(EXIT_FAILURE);
     	}
     	//子进程: `grep --color=auto bash`
     	else if(pid == 0){
     		close(fd[1]);
     		dup2(fd[0], STDIN_FILENO);
     		execlp("grep", "grep", "--color=auto", "bash", NULL);
     		perror("execlp");
     		exit(EXIT_FAILURE);
     	}
          
     	return 0;
     }
     

  2. 兄弟进程间通信，实现ps aux | grep bash。代码如下：

     /* 程序来源：https://www.bilibili.com/video/av17360025/?p=30
     * 程序功能：兄弟进程间通信，实现`ps aux | grep bash`
     */
     
     #include <stdio.h>
     #include <unistd.h>
     #include <stdlib.h>
     #include <sys/types.h>
     #include <sys/stat.h>
     #include <string.h>
     #include <wait.h>
     
     int main()
     {
       int fd[2];
     
       if(pipe(fd)){
         perror("pipe error");
         exit(EXIT_FAILURE);
       }
     
       int i;
       pid_t pid[2];
       for(i=0; i<2; i++){
         pid[i]=fork();
         if(pid[i] == -1){
           perror("fork error");
           exit(EXIT_FAILURE);
         }
         else if(pid[i] == 0) break;
       }
       //子进程1: `ps aux`
       if(i==0){
         // 写管道的操作，关闭读端
         close(fd[0]);
         // 文件描述符重定向：STDOUT_FILENO->管道写端
         dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
         execlp("ps", "ps", "aux", NULL);
         perror("execlp");
         exit(EXIT_FAILURE);
       }
       //子进程2: `grep --color=auto bash`
       else if(i == 1){
         close(fd[1]);
         dup2(fd[0], STDIN_FILENO);
         execlp("grep", "grep", "--color=auto", "bash", NULL);
         perror("execlp");
         exit(EXIT_FAILURE);
       }
       else if(i==2){
         close(fd[0]);
         close(fd[1]);
         pid_t wpid;
         while((wpid=waitpid(-1, NULL, WNOHANG))!=-1){
           if(wpid==0){
             continue;
           }
           printf("waitpid: %lu\n", wpid);
         }
       }
     
     
       return 0;
     }
     

2.6 管道的读写行为

• 读操作
  • 有数据
  • 无数据
• 写操作
  • 读端全部关闭