当前位置： 首页 > news >正文

【管道 】

news 来源：原创 2025/6/16 20:56:36

【管道】

  • 目录：
      • 进程间通信（IPC）概览
      • 匿名管道（PIPE）
        • 基本逻辑
        • 函数接口
        • 管道的读写特性
        • 管道的阻塞特性
        • 注意事项
        • 代码示例
        • 运行示例
      • 相关知识点
      • 管道的父进程 子进程
      • 管道的创建
      • 父进程和子进程的使用模式
        • 单向通信
        • 双向通信
      • 资源管理

目录：

在这里插入图片描述

进程间通信（IPC）概览

进程间通信（Inter - Process Communication，IPC）是指在不同进程之间传播或交换信息的机制。在 Linux 系统中，常见的 IPC 方式有匿名管道（PIPE）、命名管道（FIFO）、消息队列、共享内存、信号量等。不同的 IPC 方式适用于不同的场景，例如，匿名管道适用于具有亲缘关系的进程间通信，而命名管道可以用于无亲缘关系的进程间通信。

匿名管道（PIPE）

基本逻辑

匿名管道是一种半双工的通信方式，数据只能在一个方向上流动，即一端用于写入数据，另一端用于读取数据。匿名管道只能用于具有亲缘关系的进程（如父子进程）之间的通信。在创建管道时，系统会为管道分配两个文件描述符，一个用于读操作（fd[0]），另一个用于写操作（fd[1]）。

函数接口

在 Linux 中，使用 pipe 函数来创建匿名管道，其原型如下：

#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);
  • 参数：fd 是一个包含两个整数的数组，fd[0] 用于读取管道中的数据，fd[1] 用于向管道中写入数据。
  • 返回值：成功时返回 0，失败时返回 -1，并设置相应的错误码。
管道的读写特性
  • 写入操作：向管道中写入数据时，数据会被追加到管道的末尾。如果管道已满，写入操作会被阻塞，直到管道中有足够的空间。
  • 读取操作：从管道中读取数据时，数据会从管道的头部开始被读取。如果管道为空，读取操作会被阻塞，直到有数据被写入管道。
    在这里插入图片描述
管道的阻塞特性
  • 写入阻塞：当管道已满（默认情况下管道的缓冲区大小为 65536 字节），写入进程会被阻塞，直到有其他进程从管道中读取数据，释放出足够的空间。
  • 读取阻塞：当管道为空时，读取进程会被阻塞，直到有其他进程向管道中写入数据。如果所有的写端文件描述符都已关闭，读取操作将不会阻塞，而是返回 0，表示已经读取到文件末尾。
注意事项
  • 半双工通信：匿名管道是半双工的，数据只能在一个方向上流动。如果需要双向通信，需要创建两个管道。
  • 亲缘关系：匿名管道只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信，通常是父子进程。
  • 文件描述符关闭：在使用完管道后，需要及时关闭不再使用的文件描述符，避免资源泄漏。
代码示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    // 创建管道
    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    // 创建子进程
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        close(fd[0]); // 关闭读端

        const char *message = "Hello, parent process!";
        // 向管道中写入数据
        if (write(fd[1], message, strlen(message)) == -1) {
            perror("write");
            return 1;
        }
        close(fd[1]); // 关闭写端
        exit(0);
    } else {
        // 父进程
        close(fd[1]); // 关闭写端

        // 从管道中读取数据
        ssize_t bytes_read = read(fd[0], buffer, BUFFER_SIZE);
        if (bytes_read == -1) {
            perror("read");
            return 1;
        }
        buffer[bytes_read] = '\0';
        printf("父进程收到消息: %s\n", buffer);

        close(fd[0]); // 关闭读端
    }

    return 0;
}
运行示例
shaseng@ubuntu:~$ gcc -o pipe_example pipe_example.c
shaseng@ubuntu:~$ ./pipe_example
父进程收到消息: Hello, parent process!

相关知识点

  • 文件描述符：在 Linux 系统中，文件描述符是一个非负整数，用于标识打开的文件、管道、套接字等。pipe 函数返回的两个文件描述符分别用于管道的读和写操作。
  • fork 函数：fork 函数用于创建一个新的进程，新进程是原进程的子进程。在使用匿名管道进行通信时，通常先创建管道，然后使用 fork
    函数创建子进程，父子进程通过管道进行通信。
  • 读写操作：write 函数用于向文件描述符中写入数据，read 函数用于从文件描述符中读取数据。在管道通信中，通过 write 函数向管道的写端写入数据，通过 read 函数从管道的读端读取数据。

管道的父进程 子进程

在使用匿名管道进行进程间通信时，父进程和子进程扮演着不同的角色，下面从创建、使用和资源管理等方面详细介绍管道中父进程和子进程的相关内容。

管道的创建

在使用匿名管道进行进程间通信时，通常是由父进程先创建管道，再创建子进程。这是因为匿名管道只能在具有亲缘关系的进程（如父子进程）间使用，且管道的文件描述符是通过 pipe 函数创建的。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int fd[2];
    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }
    // 后续可创建子进程
    return 0;
}

在上述代码中，父进程调用 pipe 函数创建了一个管道，fd[0] 用于读，fd[1] 用于写。

在这里插入图片描述

父进程和子进程的使用模式

单向通信
  • 父进程写，子进程读
    父进程关闭读端（fd[0]），向写端（fd[1]）写入数据；子进程关闭写端（fd[1]），从读端（fd[0]）读取数据。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        close(fd[1]);  // 关闭写端
        ssize_t bytes_read = read(fd[0], buffer, BUFFER_SIZE);
        if (bytes_read == -1) {
            perror("read");
            return 1;
        }
        buffer[bytes_read] = '\0';
        printf("子进程收到消息: %s\n", buffer);
        close(fd[0]);
    } else {
        // 父进程
        close(fd[0]);  // 关闭读端
        const char *message = "Hello, child process!";
        if (write(fd[1], message, strlen(message)) == -1) {
            perror("write");
            return 1;
        }
        close(fd[1]);
    }

    return 0;
}
  • 子进程写，父进程读
    子进程关闭读端（fd[0]），向写端（fd[1]）写入数据；父进程关闭写端（fd[1]），从读端（fd[0]）读取数据。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        close(fd[0]);  // 关闭读端
        const char *message = "Hello, parent process!";
        if (write(fd[1], message, strlen(message)) == -1) {
            perror("write");
            return 1;
        }
        close(fd[1]);
    } else {
        // 父进程
        close(fd[1]);  // 关闭写端
        ssize_t bytes_read = read(fd[0], buffer, BUFFER_SIZE);
        if (bytes_read == -1) {
            perror("read");
            return 1;
        }
        buffer[bytes_read] = '\0';
        printf("父进程收到消息: %s\n", buffer);
        close(fd[0]);
    }

    return 0;
}
双向通信

若要实现父子进程的双向通信，需要创建两个管道，一个用于父进程向子进程发送数据，另一个用于子进程向父进程发送数据。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int fd1[2], fd2[2];
    pid_t pid;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    if (pipe(fd1) == -1 || pipe(fd2) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        close(fd1[1]);  // 关闭父->子管道的写端
        close(fd2[0]);  // 关闭子->父管道的读端

        // 从父进程读取数据
        ssize_t bytes_read = read(fd1[0], buffer, BUFFER_SIZE);
        if (bytes_read == -1) {
            perror("read");
            return 1;
        }
        buffer[bytes_read] = '\0';
        printf("子进程收到父进程消息: %s\n", buffer);

        // 向父进程发送数据
        const char *message = "Hello back, parent!";
        if (write(fd2[1], message, strlen(message)) == -1) {
            perror("write");
            return 1;
        }

        close(fd1[0]);
        close(fd2[1]);
    } else {
        // 父进程
        close(fd1[0]);  // 关闭父->子管道的读端
        close(fd2[1]);  // 关闭子->父管道的写端

        // 向子进程发送数据
        const char *message = "Hello, child!";
        if (write(fd1[1], message, strlen(message)) == -1) {
            perror("write");
            return 1;
        }

        // 从子进程读取数据
        ssize_t bytes_read = read(fd2[0], buffer, BUFFER_SIZE);
        if (bytes_read == -1) {
            perror("read");
            return 1;
        }
        buffer[bytes_read] = '\0';
        printf("父进程收到子进程消息: %s\n", buffer);

        close(fd1[1]);
        close(fd2[0]);
    }

    return 0;
}

资源管理

在使用完管道后，父子进程都需要及时关闭不再使用的文件描述符，以避免资源泄漏。例如，在上述代码中，子进程和父进程在完成读写操作后，都会调用 close 函数关闭相应的文件描述符。

此外，父进程还需要负责回收子进程的资源，避免产生僵尸进程。可以通过调用 wait 或 waitpid 函数来实现。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    int fd[2];
    pid_t pid;

    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) {
        // 子进程操作
        // ...
        exit(0);
    } else {
        // 父进程操作
        // ...
        int status;
        wait(&status);
    }

    return 0;
}

综上所述，在管道通信中，父进程和子进程需要根据通信需求合理使用管道的读写端，并做好资源管理工作。

相关文章：

  • STM32的HAL库开发---ADC采集内部温度传感器
  • 大疆激光雷达录制的bag包无法解析出topic怎么办？
  • 【Blender】二、建模篇--07，置换修改器
  • 第14篇：Vue Router 高级用法与路由守卫
  • 2025教育与科研领域实战全解析：DeepSeek赋能细分场景深度指南（附全流程案例与资源）
  • Android 实现 RTMP 推流：快速集成指南
  • PyTorch 是如何进行机器学习的
  • stm32108键C-B全调性_动态可视化乐谱钢琴
  • conda 基本命令
  • HttpWatch 9.4.17 Pro网页调试与性能优化 资源工具分享
  • Leetcode-42. Trapping Rain Water [C++][Java]
  • 能否在delete一个指针后继续使用它以及原因
  • MQTT实现智能家居------3、源码分析（超详细）
  • JavaScript中的call方法相关知识点
  • ZLG嵌入式笔记 | 为什么你的网卡工作会不正常？（上
  • 鸿蒙学习-
  • ctf网络安全题库 ctf网络安全大赛答案
  • JSP学习
  • MybatisPlus-注解
  • 【Python基础】Python 环境安装 Win10
  • 炫酷的电商网站设计/seo博客写作
  • 编辑网页的工具有哪些/江门seo外包公司
  • 前几年做那些网站能致富/网络推广渠道排名
  • 招应届培训网页设计/云南seo网站关键词优化软件
  • 新手如何入侵一个网站/企业管理软件
  • 如何在百度做网站/广州seo优化