七、linux應用編程之五：管道

進程間通信有多種方式，管道是其中一種。管道分為匿名管道和命名管道，匿名管道僅用於父子進程之間通信，沒有實際文件。而命名管道可以實現任意進程間的通信，在系統中需要創建一個fifo文件作為管道。

管道的理解：無論是匿名管道還是命名管道，都可以把管道看做一個文件，進程A給這個文件寫數據，進程B從這個文件讀數據，那麽進程A就可以給進程B傳輸數據了。而重點在於，匿名管道沒有實際文件要怎麽實現，還有如何保證進程A,B之間的通信同步（即進程A發送數據的時候，是不是進程B需要這個數據的時候）。

匿名管道

1) 創建管道：匿名管道沒有實際的文件，想象出一個虛擬的文件，父進程給這個文件寫數據，子進程從這個文件讀數據，完成父子進程間的通信。既然想象成文件，那讀寫數據就需要文件描述符，但是這個文件又是虛擬的，無法通過

PS：代碼中文件描述符用了int pipefd[2]，一般文件描述符都是int fd，實際上pipefd[2]並不是兩個文件的意思，而是一個文件的兩個端口，讀端口和寫端口。linux系統定義pipefd[1]是寫端口，pipefd[0]是讀端口，匿名管道實際模型更加接近於下圖：

2) 將數據寫入匿名管道：父子進程都可以是數據的接收方或者數據的發送方，但是不能同時是數據的發送方和接收方，所以匿名通道實際上是一個半雙工通信。

代碼說明：在父進程中先關閉輸入端口pipefd[0]，接著在pipefd[1]寫入要發送的數據，這裏的數據是運行程序時的第二個參數。發送完成之後關閉輸出端口pipefd[1]，最後給子進程發送wait()。

3) 從匿名管道中讀取數據：上面程序中父進程已經把數據寫入了匿名通道，子進程應當把管道中的數據讀取出來，完成一次進程通信。子進程中先關閉匿名通道的輸出端口pipe[1]，然後讀取匿名通道中的內容，判斷是否讀取完畢，然後將讀取到的內容打印到屏幕上，觀察與運行程序時的第二個參數是否相同。代碼如下：

代碼說明：在讀取數據的時候，應該一個字節一個字節的讀，當read()函數返回-1的時候代表數據已經全部讀取。

4) 通信同步問題：有四種特殊情況需要註意。

①　寫端開啟，讀端開啟，當讀端讀出數據時，若匿名管道內沒有數據，讀端進程將在read()處阻塞。

②　寫段關閉，讀端開啟，當讀端讀出數據時，匿名管道中的數據被全部讀出，讀端進程的read()將會返回0

③　寫端開啟，讀端關閉，若寫端進程試圖運行write()函數時，寫端進程將會收到信號SIGPIPE，並終止。

④　寫端開啟，讀端開啟，但是讀端沒有進行read()，而寫端一直運行write()，等到匿名管道被寫滿之後，寫端進程將在write()處阻塞。

5) 匿名管道完整實驗代碼：

程序運行結果：

命名管道

1) 創建通道：命名通道是有具體文件的fifo，可以時間無關進程間的通信，所以創建命名通道的過程跟創建文件是一樣的。在創建命名通道之前，要用acess(fifo_name, F_OK);函數檢查通道文件是否存在，若存在返回0，不存在返回-1，根據返回的結果決定是否創建命名管道。創建過程代碼如下：

2) 寫端將數據寫進命名管道：跟寫數據進文件一樣，寫入數據之前要先打開文件。需要註意的是，當使用只寫(O_WRONLY)模式打開命名管道時，若沒有進程使用只讀(O_RDONLY)模式打開命名管道，則用只寫模式打開命名管道的進程將會阻塞，直到有進程使用只讀模式打開命名管道。當然，如果一個進程使用讀寫(O_RDWR)模式打開命名管道時，不會阻塞。打開命名管道以及寫數據進管道的代碼如下：

3) 讀端從命名管道讀取數據：與從文件讀數據一樣，讀取數據之前要先打開文件，然後寫入，代碼如下：

4) 完整實驗代碼：進程A創建命名管道，並復制一個文件的內容到管道。進程B從管道中讀取數據，然後寫入到另一個文件中。最後通過MD5校驗查看兩個代碼的內容是否相同。

進程A代碼：

進程B代碼：

程序運行結果，先運行進程A，再運行進程B：

說明：運行進程A之前先創建進程A要用到的文件a.bin（在程序中文件的打開方式沒寫O_CREAT），然後運行進程A，註意用的指令是./processA a.bin &，表示程序後臺運行，因為以只寫模式打開命名管道時，進程會阻塞，如果不後臺運行，這個終端將無法操作。接著運行進程B，運行進程B之後，進程A結束阻塞狀態，從a.bin中讀取數據，然後寫到管道中，進程B從管道中讀取數據，然後寫到b.bin中。運行結束後，運行md5sum指令，查看a.bin和b.bin的MD5碼是否一致。

跟著iMX28x開發套件學linux-067