管道的创建与读写

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管道的创建：
可以通过 pipe() 函数来创建管道。该函数成功调用返回 0 ，有错误则返回 -1。函数声明：

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);

在调用函数成功后，参数数组中将包含两个新的文件描述符。

管道两端分别用两个描述符 pipefd[0] 和 pipefd[1] 来描述。需要注意的是，管道两端的任务是固定的，一端只能用于读，由文件描述符 pipefd[0] 表示，称其为管道读端；
                                                                                                                                                                                另一端只能用于写，由文件描述符 pipefd[1] 表示，称其为管道写端。
如果试图从管道写端读数据，或者向管道读端写数据都将导致出错。

管道是一种文件，因此对文件操作的 I/O 函数都可以用于管道，如 read()，write() 等。

注意：管道一旦创建成功，就可以作为一般文件来使用，对一般文件进行操作的 I/O 函数也适用于管道。

管道的一般用法是，进程在使用 fork() 函数创建子进程前创建一个管道，然后创建子进程，之后父进程关闭管道的读端，子进程关闭管道的写端。也就是说，父进程只负责写，子进程只负责读。当然反过来也行。这样的管道可以用于父子进程间的通信，也可以用于兄弟进程间的通信。

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如果进程要读取管道中的数据，那么进程应该关闭 pipefd[1] (写端)，同时向管道写数据的进程应当关闭 pipefd[0] ( 读端 )。因为管道只能用于具有亲缘关系的进程间的通信，在各进程进行通信时，它们共享文件描述符。在使用前，应及时地关闭不需要的管道一端，以免发生意外错误。

进程在管道的读端读取数据时，如果管道写端不存在，则读进程认为已经读到了数据的末尾，该函数返回读出的字节数为 0 ；
                                           如果管道的写端存在，且请求读取的字节数大于 PIPE_BUF ，则返回管道中现有的所有数据。
                                                                         如果请求的字节数不大于 PIPE_BUF ，则返回管道中现有的所有数据(管道中数据量小于请求的数据量。) 或者 返回请求的字节数(管道中数据量大于等于请求的数据量)。

注意： PIPE_BUF 在 include/linux/limits.h 头文件中定义，不同的内核版本可能会有所不同。

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如果某进程希望向管道中写数据，那么该进程应该关闭 pipefd[0] 描述符，同时管道的另一端的进程关闭 pipefd[1] 。

向管道中写入数据时， Linux 不保证写入的原子性 ( 原子性是指操作在任何时候都不能被任何原因所打断，操作要么不做要么就一定要完成 )。管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道中写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将一直被阻塞等待。

在写管道时，如果要求写入的字节数小于等于 PIPE_BUF ，则多个进程对同一管道的写操作不会交错进行( 空间够用，一个写完到另一个 )。但是，如果多个进程同时写一个管道，而且某些进程要求写的字节数超过 PIPE_BUF 所容纳时，则多个写操作的数据可能会交错。

注意：只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。否则，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的 SIGPIPE 信号。应用程序可以处理也可以忽略信号，如果忽略信号或者捕捉该信号并从其处理程序返回，则 write 出错，出错代码为 EPIPE 。

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

/*读管道*/
void read_from_pipe (int fd)
{
    char    message[100];
    read(fd, message, 100);
    printf("read from pipe: %s", message);
}

/*写管道*/
void write_to_pipe (int fd)
{
    char *message = "Hello, pipe!\\n";
    write(fd, message, strlen(message) + 1);
}

int main(void)
{
    int     pipefd[2];
    pid_t    pid;
    int     stat_val;
   
    if (pipe(pipefd)) {
        printf("create pipe failed\\n");
        exit(1);
    }
    pid = fork();
    switch(pid) {
        case -1:
          printf("fork error!\\n");
          exit(1);
        case 0:
          close (pipefd[1]);
          read_from_pipe (pipefd[0]);
          exit(0);
        default:
          close (pipefd[0]);
          write_to_pipe (pipefd[1]);
          wait(&stat_val);
          exit(0);
    }
    return 0;
}

运行及输出：

beyes@linux-beyes:~/C/pipe> ./pipe.exe read from pipe: Hello, pipe!

说明：
程序中，父进程向管道中写数据，子进程从管道中获取数据。可以看到，对管道的读写和对一般文件的读写没有什么区别。
注意： 必须在系统调用 fork() 之前调用 pipe() ，否则子进程将不会继承管道的文件描述符。

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对一个管道来说，通信是半双工的( 一端只写不读，另一端只读不写 )，但是可以通过创建两个管道来实现全双工通信( 两端都可以读写 )。

测试代码：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <string.h> /*子进程读写管道函数*/ void child_rw_pipe(int writefd, int readfd) {     char *message1 = "这是一条来自子进程的消息!\\n";     write(writefd, message1, strlen(message1)+1);     char message2[100];     read(readfd, message2, 100);     printf("子进程从管道中读取到的消息: %s", message2); } /*父进程读写管道函数*/ void parent_rw_pipe(int readfd, int writefd) {     char *message1 = "这是一条来自父进程的消息!\\n";     write(writefd, message1, strlen(message1)+1);     char message2[100];     read(readfd, message2, 100);         printf("父进程从管道中读取到的消息: %s", message2); }     int main(void) {     int     pipefd1[2], pipefd2[2];     pid_t    pid;     int     stat_val;     printf("全双工通信:\\n\\n");     if (pipe(pipefd1)) {         printf("管道-1创建失败\\n");         exit(1);     }     if (pipe(pipefd2)) {         printf("管道-2创建失败\\n");         exit(1);     }             pid = fork();     switch(pid) {         case -1:           printf("创建进程失败\\n");           exit(1);         case 0:           /*子进程关闭 pipefd1 读端,关闭 pipefd2 的写端*/           close(pipefd1[0]);           close(pipefd2[1]);           child_rw_pipe(pipefd1[1],pipefd2[0]);           exit(0);         default:           /*父进程关闭 pipefd1 写端,关闭 pipefd2 的读端*/           close(pipefd1[1]);           close(pipefd2[0]);           parent_rw_pipe(pipefd1[0], pipefd2[1]);           wait(&stat_val);           exit(0);     } }