【嵌入式总复习】Linux管道详解——管道通信、无名管道、有名管道、具体应用示例_linux 管道

进程间的通信方式有五种,分别为:管道,信号量,共享内存,消息队列和套接字

管道

把一个程序的输出直接连接在另外一个程序的输入。

管道分为有名管道和无名管道两种,它们的区别是:

无名管道只能在父子进程之间进行通信。
有名管道又称为命名管道,可以在任意两个进程之间进行通信。

1. 管道通信

1.1 通信模式

1.2 管道通信中特殊的名词

1. 读阻塞（进程阻塞）：当管道中没有数据可读时，会产生读阻塞。
2. 写阻塞：当管道已满，再往管道中写入数据时，会产生写阻塞。直到有空间可以写入时，再写。
3. 管道破裂：只有写端，没有读端。
4. 管道中不能使用lseek

2. 无名管道（PIPE）

是一种亲缘进程间的通信方法

2.1 无名管道的通信原理

无名管道存在于kernel中，A，B必须具有亲缘关系进程。同一时刻，只能有一个写端或一个读端。

1. kernel的功能模块

内存管理单元（MMU）

主要负责物理内存——>虚拟内存空间的映射
内存的开辟，释放，存储，读取等一系列功能

进程管理单元：

task（任务）创建，管理和销毁
任务调度策略：

基于时间片的公平的轮转策略
基于优先级的抢占式任务调度策略

文件系统

提供用户访问计算机资源的接口（软件）
存储，组织管理计算机文件和设备的软件

网络管理

提供网络通信协议栈

驱动模块

硬件设备驱动

父子进程间，只要是fork()出来的，就会完美复制父进程的数据。如果在fork()之前创建管道，并获取管道的操作接口，子进程就能使用管道。

2.2 无名管道特点

1. 只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也就是父子进程和兄弟进程之间）。
2. 是一个半双工的通信方式，具有固定的读端和写端。
3. 管道可以看做是一种特殊的文件，对管道的读写可以使用普通的read() ，write()函数，但管道不属于任何文件系统的，只存在于内存中。

2.3 如何操作无名管道

1. 创建
   （pipe函数用来创建无名管道）
2. 操作
   （read读；write写）
3. 关闭操作端口
   （close）

示例1

本例引用于：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5ed3e6210100d87d.html
https://blog.csdn.net/zggzgw/article/details/78120171

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/wait.h>
void read_pipe(int fd)

{

	char message[100];

 	read(fd,message,100);

	printf("read pipe message:%s",message);

}

void write_pipe(int fd)

{

	char *message="this is Tuesday!\n";

	write(fd,message,strlen(message)+1);

 }

int main()

{

	int fd[2];

	pid_t pid;

	int stat_val;

	if(pipe(fd))
	{

		printf("create pipe failed!\n");

	}

	pid=fork();

	switch(pid)

	{

		case -1:
		printf("fork error!\n");

		break;

 		case 0:

 		close(fd[1]);

 		read_pipe(fd[0]);

 		break;

 		default:

 		close(fd[0]);

 		write_pipe(fd[1]);

		wait(&stat_val);

 		break;

	}



}
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示例2

本引用于自：
https://blog.csdn.net/yangxueyangxue/article/details/122336664

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int main(void)
{
    char buf[32] = {0};
    pid_t pid;
    // 定义一个变量来保存文件描述符
    // 因为一个读端， 一个写端， 所以数量为 2 个
    int fd[2];
    // 创建无名管道
    pipe(fd);
    printf("fd[0] is %d\n", fd[0]);
    printf("fd[2] is %d\n", fd[1]);
    // 创建进程
    pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
       printf("error\n");
    } 
    if (pid > 0)
    {
        int status;
        close(fd[0]);
        write(fd[1], "hello", 5);
        close(fd[1]);
        wait(&status);
        exit(0);
    } 
    if (pid == 0)
    {
       close(fd[1]);
       read(fd[0], buf, 32);
       printf("buf is %s\n", buf);
       close(fd[0]);
       exit(0);
    }
    return 0;
}
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3. 有名管道（FIFO）

是对无名管道的一种改进

3.1 有名管道的特点

1. 它可以使互不相关的两个进程实现彼此通信
2. 该管道可以通过路径名来指出，并且在文件系统中是可见的。在建立管道之后，两个进程就可以把它当作普通文件进行读写，使用非常方便。
3. FIFO严格遵循先进先出原则，对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。有名管道不支持如Iseek()等文件的定位操作。

1. 有名管道依然在内核态内存中
2. 有名管道在文件系统中有节点（即在跟文件系统中可以找到）
3. 有名管道的大小始终为0
4. 有名管道的文件类型为p
5. 有名管道严格遵循先进先出原则
6. 有名管道不能使用文件重定位的函数Iseek
7. 有名管道可以用在亲缘和非亲缘进程间（一般用于非亲缘进程间通信）

3.2 如何操作有名管道

1. 创建有名管道文件
   （mkfifo即是命令也是函数；mknod也可以创建管道文件）
2. 打开有名管道
   （open）
3. 读/写
   （read/write）
4. 关闭
   （close）

本例引用于：
https://blog.csdn.net/yangxueyangxue/article/details/122336664

write01.c

创建两个无关联的进程， 一个进程创建有名管道并写数据， 另一个进程通过管道读数据。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret;
    char buf[32] = {0};
    int fd;
    if (argc < 2)
    {
       printf("Usage:%s <fifo name> \n", argv[0]);
       return -1;
    } 
    if (access(argv[1], F_OK) == -1)
    {
        ret = mkfifo(argv[1], 0666);
        if (ret == -1)
        {
             printf("mkfifo is error \n");
             return -2;
        } 
        printf("mkfifo is ok \n");
     }
     fd = open(argv[1], O_WRONLY);
     while (1)
     {
        sleep(1);
        write(fd, "hello", 5);
     } 
     close(fd);
     return 0;
}
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read01.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    char buf[32] = {0};
    int fd;
    if (argc < 2)
    {
         printf("Usage:%s <fifo name> \n", argv[0]);
         return -1;
    } 
    fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    while (1)
    {
         sleep(1);
         read(fd, buf, 32);
         printf("buf is %s\n", buf);
         memset(buf, 0, sizeof(buf));
    } 
    close(fd);
    return 0;
}
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4. 示例

以下示例引用于：
https://blog.csdn.net/zsy3757486/article/details/126765536

4.1 cut

根据条件 从命令结果中提取对应内容

4.1.1 截取出1.txt中前1行的第2个字符

head -1 1.txt | cut -c 2
1

4.1.2 截取出指定文件中前n行以”:”进行分割的第n1,n2段内容

head -n 文件名 | cut -d ':' -f n1,n2
                 OR（或者）
head -n 文件名 | cut -d ':' -f n1-n2
1
2
3

4.1.2.1 截取出2.txt中前2行以”:”进行分割的第1,2段内容

head -2 2.txt | cut -d ':' -f 1,2
1

4.1.2.2 截取出指定文件中前4行以”:”进行分割的第1,2,3,4段内容

head -4 2.txt | cut -d ':' -f 1-4
1

4.2 wc

4.3 uniq

4.4 tee

4.5 tr

其下皆由此引用：
https://blog.csdn.net/qq_45171957/article/details/123698265

4.6 生成一个8位的随机密码

tr -dc A-Za-z0-9_ </dev/urandom | head -c 8 | xargs
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4.7 查看系统中所有的用户名称，并按字母排序

awk -F: '{print $1}' /etc/passwd | sort

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4.8 列出当前用户使用最多的5个命令（print的列数根据实际情况而定）

history | awk '{print $2}' | sort | uniq -u | sort -rn | head -5

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4.9 查看系统中有哪些用户的登陆shell时/bin/bash

cat /etc/passwd | grep "/bin/bash" | cut -d: -f1,6
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cut -d: -f1,6 表示以:为分隔符显示第1和第6列的内容-d指定分隔符，-f指定列

4.10 查看当前目录的子目录个数

ls -l | cut -c 1 | grep "d" | wc -l
1

ls -l 长格式列出当前目录的所有内容，每行的第一个字符表示文件的类
cut -c 1 截取每行的第一个字符
grep “d” 获取文件类型是目录的行
wc -l 统计grep命令输出的行数，即子目录个数

4.11 合并两个文件的内容

cat 1.txt | paste -d: 2.txt -
1

paste -d: 2.txt - 表示以:为分割符合并两个文件，合并时2.txt文件的内容在前
-代表1.txt文件