進程間通信之：管道

8.2管道

8.2.1管道概述

本書在第2章中介紹“ps”的命令時提到過管道，當時指出了管道是Linux中一種很重要的通信方式，它是把一個程序的輸出直接連接到另一個程序的輸入，這里仍以第2章中的“ps–ef|grepntp”為例，描述管道的通信過程，如圖8.2所示。

圖8.2管道的通信過程

管道是Linux中進程間通信的一種方式。這里所說的管道主要指無名管道，它具有如下特點。

n 它只能用于具有親緣關系的進程之間的通信（也就是父子進程或者兄弟進程之間）。

n 它是一個半雙工的通信模式，具有固定的讀端和寫端。

n 管道也可以看成是一種特殊的文件，對于它的讀寫也可以使用普通的read()和write()等函數。但是它不是普通的文件，并不屬于其他任何文件系統，并且只存在于內核的內存空間中。

8.2.2管道系統調用

1．管道創建與關閉說明

管道是基于文件描述符的通信方式，當一個管道建立時，它會創建兩個文件描述符fds[0]和fds[1]，其中fds[0]固定用于讀管道，而fd[1]固定用于寫管道，如圖8.3所示，這樣就構成了一個半雙工的通道。

圖8.3Linux中管道與文件描述符的關系

管道關閉時只需將這兩個文件描述符關閉即可，可使用普通的close()函數逐個關閉各個文件描述符。

2．管道創建函數

創建管道可以通過調用pipe()來實現，表8.1列出了pipe()函數的語法要點。

表8.1 pipe()函數語法要點

3．管道讀寫說明

用pipe()函數創建的管道兩端處于一個進程中，由于管道是主要用于在不同進程間通信的，因此這在實際應用中沒有太大意義。實際上，通常先是創建一個管道，再通過fork()函數創建一子進程，該子進程會繼承父進程所創建的管道，這時，父子進程管道的文件描述符對應關系如圖8.4所示。

此時的關系看似非常復雜，實際上卻已經給不同進程之間的讀寫創造了很好的條件。父子進程分別擁有自己的讀寫通道，為了實現父子進程之間的讀寫，只需把無關的讀端或寫端的文件描述符關閉即可。例如在圖8.5中將父進程的寫端fd[1]和子進程的讀端fd[0]關閉。此時，父子進程之間就建立起了一條“子進程寫入父進程讀取”的通道。

圖8.4父子進程管道的文件描述符對應關系圖8.5關閉父進程fd[1]和子進程fd[0]

同樣，也可以關閉父進程的fd[0]和子進程的fd[1]，這樣就可以建立一條“父進程寫入子進程讀取”的通道。另外，父進程還可以創建多個子進程，各個子進程都繼承了相應的fd[0]和fd[1]，這時，只需要關閉相應端口就可以建立其各子進程之間的通道。