Linux程序设计-管道 [总结概况版][复习专用][速通]

管道

介绍

管道是Linux中进程间通信的一种形式。它们允许一个过程的输出变成另一个过程中的输入。

在此之前需要先理解一个概念。linux将进程的通信管道，文件是一个实体，使用文件描述符指向对应文件，文件描述符是一个整型数据，从0开始递增。

如当创建一个进程时默认存在stdin标准输入0（dev/stdin），stdout标准输出1，stderror标准错误2。创建子进程会继承文件描述符。
创建管道时会返回两个文件描述符，一个写一个读，通过write和read可以实现进程通信。

管道有几个关键点：

管道是使用pipe（）系统调用创建的。这返回两个文件描述符，一个用于读取（fd[0]），另一个用于写入（fd[1]）。
pipe（）返回的文件描述符在默认情况下是不可继承的。我们需要使用dup2（）将它们传递给子进程。
如果没有要读取的数据（管道为空），则从管道读取将被阻止。对完整管道的写入也将被阻止。
管道的容量有限，通常在4kB到64kB之间。如果达到此容量，将阻止进一步的写入操作。
关闭管道的读取端会导致写入端接收EOF（文件结束）。对管道的进一步写入将导致SIGPIPE信号。当所有数据都已被读取时，关闭写入端会导致读取端接收EOF。
管道允许相关进程以简单的方式进行通信。进程可以是父进程和子进程，也可以是共享管道的不相关进程。

父子进程通信

int fd[2]; 
pipe(fd);  

pid_t pid = fork();
if (pid == 0) { // Child
    close(fd[1]); // Close write end 
    read(fd[0], buf, sizeof(buf));
} else { // Parent
    close(fd[0]); // Close read end
    write(fd[1], "Hello", 6);
}

不相关两个进程通信

int fd[2];
pipe(fd);

pid_t pid1 = fork(); 
if (pid1 == 0) { // Child 1
    close(fd[1]); 
    read(fd[0], buf, sizeof(buf)); 
} 

pid_t pid2 = fork();
if (pid2 == 0) { // Child 2
    close(fd[0]);
    write(fd[1], "Hello", 6);
}

dup函数实现重定向

#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);

dup会将返回一个新文件描述符，这个描述符是当前可用的最小描述符，并且为传入的旧文件描述符的值，即该文件描述符指向的文件是原文件
dup2实现对输入输出等文件描述符重定向，例如父子进程将标准输入输出赋值为管道的输入输出，就能实现通过标准输入输出通信。
要注意的是，stdin 是一个指向标准输入的流对象，在底层实现中使用了文件描述符 STDIN_FILENO 来表示标准输入。
例如 dup2(fd[0], STDIN_FILENO) 就是将管道的读取端复制到了 stdin 所代表的标准输入上，使得之后对 stdin 的读取实际上是从管道中读取数据。

int fd[2];
pipe(fd);
pid_t pid = fork(); 
if (pid == 0) { 
    dup2(fd[0], STDIN_FILENO); 
    close(fd[1]); 
    execlp("cat", "cat", NULL); 
} else {  
    dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
    close(fd[0]);
    execlp("ls", "ls", NULL);
}

dup2（）执行以下操作：

如果newfd已经存在，则首先关闭它。
oldfd与newfd重复。
newfd与oldfd共享相同的文件位置指针和文件状态标志。
这两个文件描述符可以互换使用。
对任何一个文件描述符的读取和写入都将对同一个文件进行操作。
dup2（）用于将一个文件描述符复制到另一个，同时共享底层资源。
它通常用于重定向进程中的标准I/O流。
dup2（）到一个关闭的文件描述符将打开它，然后复制到它。
dup2（）导致原始fd关闭，而新fd引用相同的文件。
重复的fds共享文件位置指针和文件状态标志。

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