7.1.2 管道的应用
时间：2010-03-12 来源：Liuqz2009
7.1.2 管道的应用
管道是利用pipe()系统调用而不是利用open()系统调用建立的。pipe()调用的原型是：
int pipe(int fd[2])
我们看到，有两个文件描述符与管道结合在一起，一个文件描述符用于管道的read()端，一个文件描述符用于管道的write()端。由于一个函数调用不能返回两个值，pipe()的参数是指向两个元素的整型数组的指针，它将由调用两个所要求的文件描述符填入。
fd[0]元素将含有管道read()端的文件描述符，而fd[1]含有管道write()端的文件描述符。系统可根据fd[0]和fd[1]分别找到对应的file 结构。在第8章我们会描述pipe（）系统调用的实现机制。
注意，在pipe的参数中，没有路径名，这表明，创建管道并不象创建文件一样，要为它创建一个目录连接。这样做的好处是，其它现存的进程无法得到该管道的文件描述符，从而不能访问它。那么，两个进程如何使用一个管道来通信呢？
我们知道，fork()和exec()系统调用可以保证文件描述符的复制品既可供双亲进程使用，也可供它的子女进程使用。也就是说，一个进程用pipe()系统调用创建管道，然后用fork()调用创建一个或多个进程，那么，管道的文件描述符将可供所有这些进程使用。pipe()系统调用的具体实现将在下一章介绍。
这里更明确的含义是：一个普通的管道仅可供具有共同祖先的两个进程之间共享，并且这个祖先必须已经建立了供它们使用的管道。
注意：在管道中的数据始终以和写数据相同的次序来进行读，这表示lseek()系统调用对管道不起作用。
下面给出在两个进程之间设置和使用管道的简单程序：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main(void)
{
int fd[2], nbytes;
pid_t childpid;
char string[] = "Hello, world!\n";
char readbuffer[80];
pipe(fd);
if((childpid = fork()) == -1)
{
printf("Error:fork");
exit(1);
}
if(childpid == 0) /* 子进程是管道的写进程 */
{
close(fd[0]); /*关闭管道的读端 */
write(fd[1], string, strlen(string));
exit(0);
}
else /* 父进程是管道的读进程 */
{
close(fd[1]); /*关闭管道的写端 */
nbytes = read(fd[0], readbuffer, sizeof(readbuffer));
printf("Received string: %s", readbuffer);
}
return(0);
}
注意，在这个例子中，为什么这两个进程都关闭它所不需的管道端呢？这是因为写进程完全关闭管道端时，文件结束的条件被正确地传递给读进程。而读进程完全关闭管道端时，写进程无须等待继续写数据。
阻塞读和写分别成为对空和满管道的默认操作，这些默认操作也可以改变，这就需要调用fcntl()系统调用，对管道文件描述符设置O_NONBLOCK标志可以忽略默认操作：
# include <fcntl.h>
fcntl(fd,F_SETFL,O_NONBlOCK);
7.1.3 命名管道(FIFO)
Linux 还支持另外一种管道形式，称为命名管道，或 FIFO，这是因为这种管道的操作方式基于“先进先出”原理。上面讲述的管道类型也被称为“匿名管道”。命名管道中，首先写入管道的数据是首先被读出的数据。匿名管道是临时对象，而 FIFO 则是文件系统的真正实体，如果进程有足够的权限就可以使用 FIFO。FIFO 和匿名管道的数据结构以及操作极其类似，二者的主要区别在于，FIFO 在使用之前就已经存在，用户可打开或关闭 FIFO；而匿名管道只在操作时存在，因而是临时对象。
为了创建先进先出文件，可以从shell提示符使用mknod命令或可以在程序中使用mknod()系统调用。
mknod()系统调用的原型为：
#include <sys/type.h>
#inlcude <sys/state.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int mknod(char *pathname,node_t mode, dev_t dev);
其中pathname是被创建的文件名称，mode表示将在该文件上设置的权限位和将被创建的文件类型(在此情况下为S_IFIFO)，dev是当创建设备特殊文件时使用的一个值。因此，对于先进先出文件它的值为0。
一旦先进先出文件已经被创建，它可以由任何具有适当权限的进程利用标准的open()系统调用加以访问。当用open()调用打开时，一个先进先出文件和一个匿名管道具有同样的基本功能。即当管道是空的时候，read()调用被阻塞。当管道是满的时候，write()等待被阻塞，并且当用fcntl()设置O_NONBLOCK标志时，将引起read()调用和write()调用立即返回。在它们已被阻塞的情况下，带有一个EAGAIN错误信息。
由于命名管道可以被很多无关系的进程同时访问，那么，在有多个读进程和/或多个写进程的应用中使用FIFO是非常有用的。
多个进程写一个管道会出现这样的问题，即多个进程所写的数据混在一起怎么办？幸好系统有这样的规则：一个write()调用可以写管道能容纳(Linux为4K字节)的任意个字节，系统将保证这些数据是分开的。这表示多个写操作的数据在FIFO文件中并不混合而将被维持分离的信息。
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