一、管道的概念
      管道是一種兩個程序間進行單向通訊的機制。 管道是一種最基本的IPC機制，作用於有血緣關係的程序之間，完成資料傳遞。呼叫pipe系統函式即可建立一個管道。管道又分為匿名管道和命名管道。管道有如下特質：

（1）其本質是一個偽檔案(實為核心緩衝區)

（2） 由兩個檔案描述符引用，一個表示讀端，一個表示寫端。

（3） 規定資料從管道的寫端流入管道，從讀端流出。

匿名管道的特徵：

（1）只能進行單向通訊；

（2）只適用於有血緣關係之間的程序；

（3）自帶同步基質；

（4）在進行通訊時面向位元組流服務；

（5）生命程序隨週期。

     管道的原理: 管道實為核心使用環形佇列機制，藉助核心緩衝區(4k)實現。

     因為管道傳遞資料的單向性，管道又稱為半雙工管道。管道的這一特點決定了器使用的侷限性。

     管道的侷限性：

① 資料自己讀不能自己寫。

② 資料一旦被讀走，便不在管道中存在，不可反覆讀取。

③ 由於管道採用半雙工通訊方式。因此，資料只能在一個方向上流動。

④ 只能在有公共祖先的程序間使用管道。

常見的通訊方式有，單工通訊、半雙工通訊、全雙工通訊。

pipe函式
建立管道

    int pipe(int pipefd[2]); 成功：0；失敗：-1，設定errno

函式呼叫成功返回r/w兩個檔案描述符。無需open，但需手動close。規定：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0對應標準輸入，1對應標準輸出一樣。向管道檔案讀寫資料其實是在讀寫核心緩衝區。

管道建立成功以後，建立該管道的程序（父程序）同時掌握著管道的讀端和寫端。如何實現父子程序間通訊呢？通常可以採用如下步驟：

1. 父程序呼叫pipe函式建立管道，得到兩個檔案描述符fd[0]、fd[1]指向管道的讀端和寫端。

2. 父程序呼叫fork建立子程序，那麼子程序也有兩個檔案描述符指向同一管道。

3. 父程序關閉管道讀端，子程序關閉管道寫端。父程序可以向管道中寫入資料，子程序將管道中的資料讀出。由於管道是利用環形佇列實現的，資料從寫端流入管道，從讀端流出，這樣就實現了程序間通訊。

  使用管道需要注意以下4種特殊情況（假設都是阻塞I/O操作，沒有設定O_NONBLOCK標誌）：

1. 如果所有指向管道寫端的檔案描述符都關閉了（管道寫端引用計數為0），而仍然有程序從管道的讀端讀資料，那麼管道中剩餘的資料都被讀取後，再次read會返回0，就像讀到檔案末尾一樣。

2. 如果有指向管道寫端的檔案描述符沒關閉（管道寫端引用計數大於0），而持有管道寫端的程序也沒有向管道中寫資料，這時有程序從管道讀端讀資料，那麼管道中剩餘的資料都被讀取後，再次read會阻塞，直到管道中有資料可讀了才讀取資料並返回。

3. 如果所有指向管道讀端的檔案描述符都關閉了（管道讀端引用計數為0），這時有程序向管道的寫端write，那麼該程序會收到訊號SIGPIPE，通常會導致程序異常終止。當然也可以對SIGPIPE訊號實施捕捉，不終止程序。具體方法訊號章節詳細介紹。

4. 如果有指向管道讀端的檔案描述符沒關閉（管道讀端引用計數大於0），而持有管道讀端的程序也沒有從管道中讀資料，這時有程序向管道寫端寫資料，那麼在管道被寫滿時再次write會阻塞，直到管道中有空位置了才寫入資料並返回。

總結：

     ① 讀管道：

1. 管道中有資料，read返回實際讀到的位元組數。

2. 管道中無資料：

(1) 管道寫端被全部關閉，read返回0 (好像讀到檔案結尾)

(2) 寫端沒有全部被關閉，read阻塞等待(不久的將來可能有資料遞達，此時會讓出cpu)

     ② 寫管道：

1. 管道讀端全部被關閉， 程序異常終止(也可使用捕捉SIGPIPE訊號，使程序不終止)

2. 管道讀端沒有全部關閉：

(1) 管道已滿，write阻塞。

(2) 管道未滿，write將資料寫入，並返回實際寫入的位元組數。

命名管道（FIFO）:

     FIFO不同於管道之處在於它提供一個路徑名與之關聯，以FIFO的檔案形式儲存於檔案系統中。命名管道是一個裝置檔案，因此，即使程序與建立FIFO的程序不存在親緣關係，只要可以訪問該路徑，就能夠通過FIFO相互通訊。值得注意的是，FIFO(first input first output)總是按照先進先出的原則工作，第一個被寫入的資料將首先從管道中讀出。

命名管道是通過網路來完成程序之間的通訊的，命名管道依賴於底層網路介面，其中包括有 DNS 服務，TCP/IP 協

議 等等機制，但是其遮蔽了底層的網路協議細節。

  命名管道的建立與讀寫

Linux下有兩種⽅式建立命名管道。一是在Shell下互動地建立一個命名管道，一是在程式中使用系統函式建立命名管

道。Shell方式下可使用mknod或mkfifo命令，下面命令使用mknod建立了一個命名管道：

mknod namedpipe

建立命名管道的系統函式有兩個：mknod和mkfifo。兩個函式均定義在標頭檔案sys/stat.h，

函式原型如下

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mknod(const char *path,mode_t mod,dev_t dev);
int mkfifo(const char *path,mode_t mode);

函式mknod引數中path為建立的命名管道的全路徑名：mod為建立的命名管道的模式，指明其存取許可權；dev為設

備值，該值取決於檔案建立的種類，它只在建立裝置檔案時才會用到。這兩個函式呼叫成功都返回0，失敗都返回

－1。 

我們可以使用兩下函式之一來建立一個命名管道，他們的原型如下：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);
int mknod(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t)0);

這兩個函式都能建立一個FIFO檔案，注意是建立一個真實存在於檔案系統中的檔案，filename指定了檔名，

而mode則指定了檔案的讀寫許可權。mknod是比較老的函式，而使用mkfifo函式更加簡單和規範，所以建議在可能的

情況下，儘量使用mkfifo而不是mknod。

mkfifo函式的作用是在檔案系統中建立一個檔案，該檔案用於提供FIFO功能，即命名管道。前邊講的那些管道都沒有

名字，因此它們被稱為匿名管道，或簡稱管道。對檔案系統來說，匿名管道是不可見的，它的作用僅限於在父程序和

子程序兩個程序間進行通訊。而命名管道是一個可見的檔案，因此，它可以用於任何兩個程序之間的通訊，不管這兩

個程序是不是父子程序，也不管這兩個程序之間有沒有關係。 

    下面就用一個例子程式來說明一下，兩個程序如何通過FIFO實現通訊吧。這裡有兩個原始檔，一個fifo write.c，它在需要時建立管道，然後向管道寫入資料,資料由檔案Data.txt提供，大小為10M，內容全是字元‘0’。另一個原始檔為fifo read.c，它從FIFO中讀取資料，並把讀到的資料儲存到另一個檔案DataFormFIFO.txt中。為了讓程式更加簡潔，忽略了有些函式呼叫是否成功的檢查。