linux系统编程之管道(一)

今天继续研究linux系统编程，继上次对信号进行研究之后，这次开始一个新的章节-----管道，在正式开始之前，先把今天让自己很激动的事说一下，小小的兴奋，经过下周后自己的创业产品用户量就有一个质的飞越了，百万级的，虽说离最终的目标还有很远，但是，这说明自己团队最近几个月的辛苦付出是值得的，也让自己对这次的创业更加有期待了，小小骄傲一下，我的学习任务还得继续坚持，谁叫咱是搞技术的呢，言归正传，正入正题：

什么是管道:

实际上，我们在linux中经常会用到带"管道"的命令,如：

那管道的本质是什么呢？既然它是一个数据流，那就一定得要有一个缓冲区来保存数据， 所以说，我们可以把管道看成是具有固定大小的一个内核缓冲区。

管道限制:

关于上面提到的第二点，为啥只能用于具有共同祖先的进程呢？需要先理解下面的函数才能明白，所以先学习下面的用法，回过头来再来理解这句话。

匿名管道pipe:

创建管道后示意图:

回到之前提出的问题来，为啥管道只能用于具有共同祖先的进程呢？原因在于：管道的文件描述符其它进程是没有办法获取，只能通过子进程继承父进程得来了。

通过管道的这些文件描述符，我们就可以实现进程间的通信了，比如：子进程往管道的写入端点中写入数据，父进程可以从管道的读端点获取数据，下面就以实际代码来说明一下父子进程的数据传递：

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
 
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>
 
 
#define ERR_EXIT(m) \
    do \
    { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
 
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    int pipefd[2];
    if (pipe(pipefd) == -1)//创建一个管道之后，就会得到两个文件描述符
        ERR_EXIT("pipe error");
 
    pid_t pid;
    pid = fork();//创建父子进程来演示数据通讯的目的
    if (pid == -1)
        ERR_EXIT("fork error");
 
    if (pid == 0)
    {//子进程发送数据
        close(pipefd[0]);//关闭子进程管道的读端，因为没有用
        write(pipefd[1], "hello", 5);//向子进程管道的写端传入数据
        close(pipefd[1]);//传递完之后将其关掉
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
 
    //父进程读取数据
    close(pipefd[1]);//关闭父进程的写端,因为没有用
    char buf[10] = {0};
    read(pipefd[0], buf, 10);//从管道的读端读入数据
    close(pipefd[0]);//关闭管道的读端
    printf("buf=%s\n", buf);
    
    return 0;
 
}

编译运行：

这个通过管道达到进程间传递数据的例子比较简单，下面用程序来模拟下面的这个shell命令的效果：

我们可以用子进程来运行ls，父进程来运行wc -w命令,具体代码如下：

第一步：

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
 
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>
 
 
#define ERR_EXIT(m) \
    do \
    { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
 
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    int pipefd[2];
    if (pipe(pipefd) == -1)
        ERR_EXIT("pipe error");
 
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == -1)
        ERR_EXIT("fork error");
 
    if (pid == 0)
    {//子进程运行ls命令,
        execlp("ls", "ls", NULL);
        fprintf(stderr, "error execute ls\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    //父进程运行wc -w命令
    execlp("wc", "wc", "-w", NULL);
    fprintf(stderr, "error execute wc\n");//如果执行execlp运行失败了，才会执行到这
    exit(EXIT_FAILURE);
 
}

【说明】:关于execlp函数的使用，可以参考博文：linux系统编程之进程(三) - cexo - 博客园

第二步,重定向文件描述符，这是实现的关键：

因为ls命令标准是输出到标准输出设备(屏幕)当中，wc命令是从标准输入设备获取数据，而现在，我们希望ls命令输出到管道的写端，而wc命令是从管道的读端获取数据，那该怎么办呢？文件描述符的复制既可达到这个目的，具体代码如下：

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
 
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>
 
 
#define ERR_EXIT(m) \
    do \
    { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
 
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    int pipefd[2];
    if (pipe(pipefd) == -1)
        ERR_EXIT("pipe error");
 
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == -1)
        ERR_EXIT("fork error");
 
    if (pid == 0)
    {//子进程运行ls命令,
        dup2(pipefd[1], STDOUT_FILENO);//将标准输出复制到管道的写端，也就是说标准输出定位到了管道的写端
        close(pipefd[1]);//这时管道的读写端都没用了，将其关闭
        close(pipefd[0]);
        execlp("ls", "ls", NULL);//这时ls输出则为管道的写端了，由于文件描述符重定向了
        fprintf(stderr, "error execute ls\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
 
    //父进程运行wc -w命令
    dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO);//将标准输入重定向管道的读端，所以wc命令这时就会从管道的读端来获取数据喽
    close(pipefd[0]);
    close(pipefd[1]);
    execlp("wc", "wc", "-w", NULL);
    fprintf(stderr, "error execute wc\n");//如果执行execlp运行失败了，才会执行到这
    exit(EXIT_FAILURE);
 
}

编译运行：

下面再来看一个有关文件描述符复制的程序，先看效果，再来分析其原理：

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
 
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/time.h>
 
 
#define ERR_EXIT(m) \
    do \
    { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
 
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    close(0);
    open("Makefile", O_RDONLY);
    close(1);
    open("Makefile2", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
 
    execlp("cat", "cat", NULL);
 
    return 0;
    
}

编译运行：

为啥能实现文件的拷贝效果呢？咱们来分析一下程序：

默认情况下：

而下面这句代码过后：

close(0);
 
open("Makefile", O_RDONLY);
 
close(1);
 
open("Makefile2", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);

而最后一句关键代码如下：

execlp("cat", "cat", NULL);

我们通常用cat可以查看一个文件内容：

但是，如果cat不带参数，那是什么意思呢？

如效果所示，不带参数的cat命令实际上是从标准输入获取数据，写入到标准输出当中，所以也就是从Makefile文件获取数据，写入到Makefile2文件当中，如果Makefile2文件不存在则会主动创建一个，所以就实现了一个cp命令喽，是不是很有技巧。

【说明】:关于文件描述符的复制，可以参考博文：linux系统编程之文件与io(四) - cexo - 博客园

好了，今天的内容学到这，虽说内容不多，但是得好好理解，下回见！！

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