Linux中的管道介绍及其用法_linux 管道的使用

一：管道在Linux中的概念和用法:

1.什么是管道:

管道是一种特殊的文件,它可以在两个进程之间传送数据流,实现这两个进程之间的通信。

如何创建管道:

使用pipe系统调用可以创建一个管道,它会返回两个文件描述符,一个用于读,一个用于写:

int fd[2];
pipe(fd);

fd[0]表示读端文件描述符,fd[1]表示写端文件描述符。

如何使用管道:

• 写端进程使用write向管道写数据
• 读端进程使用read从管道读数据
• 例如:

• // 写端
  write(fd[1], buffer, bufsize);
   
  // 读端  
  read(fd[0], buffer, bufsize);
  

  2.管道的特点:

• 数据按顺序从写端传到读端。
• 管道中的数据是临时性的,不占用磁盘空间。
  • 管道有大小限制,超过限制会阻塞。
  • 管道在最后一个读或写进程关闭后自动删除。
  • 综上所述管道提供了一个简单的方法让两个进程进行实时通信。常见场景是父子进程间通信。

 二：关于Linux管道,还有以下几点需要深入理解:
1. 管道的数据流是单向的,需要使用多个管道实现双向通信。
2. 管道中的数据是无格式的字节流,通信两端需要协商好数据格式。
3. 写端写满数据后会阻塞,读端需要及时读取以防止写端阻塞。
4. 管道有大小限制,一般是页大小,超过限制写入会阻塞。
5. 管道中的数据存储在页缓冲区中,读完后会从内核缓冲区释放。
6. 管道在最后一个读或写端关闭后自动删除,不占用磁盘空间。
7. 可以使用非阻塞IO模式读写管道以防止阻塞。
8. 可以使用select/poll检测管道是否就绪以实现同步。
9. 可以使用匿名管道实现无名管道,用于相关进程间通信。
10. 也可以使用有名管道,通过文件名在不同会话间通信。
11. 多进程通信也可以使用消息队列、共享内存等IPC机制。
即管道提供了轻量级的进程间通信,需要理解其数据流和阻塞特性进行有效应用。

三：举例说明

这里举一个C语言的简单示例,演示如何使用管道在父子进程之间进行通信:

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
 
int main() {
  int fd[2];
  pid_t pid;
  
  // 创建管道
  pipe(fd);  
 
  // 创建子进程
  pid = fork();
 
  if(pid == 0) { // 子进程
  // 从管道读数据
  char buf;
  read(fd[0], &buf, 1); 
  printf("子进程读取数据: %c\n", buf);
  } else { // 父进程
   // 写入管道
   char buf = 'a';
   write(fd[1], &buf, 1);
   printf("父进程写入数据: %c\n", buf);
  }
 
  return 0;
}

在这个例子中:

• 创建了一个管道
• 父进程向管道写数据
• 子进程从管道读数据
• 实现了简单的父子进程间通信

实际应用中可以传递更复杂的结构化数据。此外也可以使用多管道或其他IPC实现双向通信。

 这里用一个Linux命令行例子来说明管道的用法:
1. 使用命令生成随机数:

cat /dev/urandom | head -c 1024 > random.data

这里`/dev/urandom`产生随机数据流,通过管道`|`传给`head`命令提取前1024字节,输出到文件`random.data`。
2. 使用管道进行过滤:

ls -l | grep "^d"

`ls -l`输出文件列表,通过管道传给`grep`命令,仅输出以`d`开头的目录行。
3. 串联多个命令:

cat file.txt | grep "pattern" | wc -l

读取文件内容、过滤关键词后计数匹配行数。每个命令通过管道连接。
4. 使用进程 substitution: 

diff <(sort file1) <(sort file2)

将文件内容通过`sort`排序后,使用`<(command)`语法代替管道,实现文件比较。
5. 父子进程通信:

mkfifo pipe ; process1 <pipe | process2 >pipe

使用命名管道在不同进程/终端间通信。
所以Linux命令行常见的场景都可以使用管道来优雅地连接多个命令,实现流式处理数据。