linux管道

管道是单向的字节流，它将某个进程的标准输出链接到另外一个进程的标准输入。管道和有名管道是最先的进程间通讯机制之一，管道可用于具备亲缘关系进程间的通讯，有名管道克服了管道没有名字的限制，所以，除具备管道所具备的功能外，它还容许无亲缘关系进程间的通讯。管道和有名管道的读写规则是在程序中应用它们的关键。  

管道相关的概念

   在linux中管道是经过指向同一个临时的VFS inode的两个file数据结构来实现的，此VFSinode指向内存中的同一个物理页面。这就隐藏了读写管道和读写普通文件的差异。管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；须要双方通讯时，须要创建起两个管道；只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具备亲缘关系的进程）；
管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，单独构成一种文件系统，而且只存在与内存中。数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另外一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，而且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

管道的建立：
 #include
int pipe(int fd[2])
该函数建立的管道的两端处于一个进程中间，在实际应用中没有太大意义，所以，一个进程在由pipe()建立管道后，通常再fork一个子进程，而后经过管道实现父子进程间的通讯（所以也不难推出，只要两个进程中存在亲缘关系，这里的亲缘关系指的是具备共同的祖先，均可以采用管道方式来进行通讯）。

管道的读规则：

管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述，须要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字fd[0]表示，称其为管道读端；另外一端则只能用于写，由描述字fd[1]来表示，称其为管道写端。若是试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将致使错误发生。通常文件的I/O函数均可以用于管道，如close、read、write等等。
从管道中读取数据：若是管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；当管道的写端存在时，若是请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，若是请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。管道写端关闭后，写入的数据将一直存在，直到读出为止。

管道的写规则：

向管道中写入数据：向管道中写入数据时，Linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。若是读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操做将一直阻塞。

注：只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。不然，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号，应用程序能够处理该信号，也能够忽略（默认动做则是应用程序终止）。对管道的写规则的验证1：写端对读端存在的依赖性
在向管道写入数据时，至少应该存在某一个进程，其中管道读端没有被关闭，不然就会出现错误（管道断裂,进程收到了SIGPIPE信号，默认动做是进程终止）对管道的写规则的验证2：Linux不保证写管道的原子性验证
写入管道的数据量大于4096字节时，缓冲区的空闲空间将被写入数据（补齐），直到写完全部数据为止，若是没有进程读数据，则一直阻塞。

管道的局限性 
只支持单向数据流；
只能用于具备亲缘关系的进程之间；
没有名字；
管道的缓冲区是有限的（管道制存在于内存中，在管道建立时，为缓冲区分配一个页面大小）；
管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，好比多少字节算做一个消息（或命令、或记录）等等。

有名管道相概念 FIFO

   从名字就能够看出来它是支持先进先出的原则的。管道应用的一个重大限制是它没有名字，所以，只能用于具备亲缘关系的进程间通讯，在有名管道（namedpipe或FIFO）提出后，该限制获得了克服。FIFO不一样于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即便与FIFO的建立进程不存在亲缘关系的进程，只要能够访问该路径，就可以彼此经过FIFO相互通讯（可以访问该路径的进程以及FIFO的建立进程之间），所以，经过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是，FIFO严格遵循先进先出（firstin firstout），对管道及FIFO的读老是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操做。

有名管道的建立

#include
#include
int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)

该函数的第一个参数是一个普通的路径名，也就是建立后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode参数相同。若是mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时，会返回EEXIST错误，因此通常典型的调用代码首先会检查是否返回该错误，若是确实返回该错误，那么只要调用打开FIFO的函数就能够了。通常文件的I/O函数均可以用于FIFO，如close、read、write等等。

FIFO的打开规则：

有名管道比管道多了一个打开操做：open。若是当前打开操做是为读而打开FIFO时，若已经有相应进程为写而打开该FIFO，则当前打开操做将成功返回；不然，可能阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO（当前打开操做设置了阻塞标志）；或者，成功返回（当前打开操做没有设置阻塞标志）。
若是当前打开操做是为写而打开FIFO时，若是已经有相应进程为读而打开该FIFO，则当前打开操做将成功返回；不然，可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO（当前打开操做设置了阻塞标志）；或者，返回ENXIO错误（当前打开操做没有设置阻塞标志）。对打开规则的验证参见附2。

有名管道的读规则 
   约定：若是一个进程为了从FIFO中读取数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的读操做为设置了阻塞标志的读操做。
若是有进程写打开FIFO，且当前FIFO内没有数据，则对于设置了阻塞标志的读操做来讲，将一直阻塞。对于没有设置阻塞标志读操做来讲则返回-1，当前errno值为EAGAIN，提醒之后再试。
   对于设置了阻塞标志的读操做说，形成阻塞的缘由有两种：当前FIFO内有数据，但有其它进程在读这些数据；另外就是FIFO内没有数据。解阻塞的缘由则是FIFO中有新的数据写入，不论信写入数据量的大小，也不论读操做请求多少数据量。
   读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操做施加做用，若是本进程内有多个读操做序列，则在第一个读操做被唤醒并完成读操做后，其它将要执行的读操做将再也不阻塞，即便在执行读操做时，FIFO中没有数据也同样（此时，读操做返回0）。若是没有进程写打开FIFO，则设置了阻塞标志的读操做会阻塞。
   注：若是FIFO中有数据，则设置了阻塞标志的读操做不会由于FIFO中的字节数小于请求读的字节数而阻塞，此时，读操做会返回FIFO中现有的数据量。

有名管道的写规则 

   约定：若是一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的写操做为设置了阻塞标志的写操做。对于设置了阻塞标志的写操做：当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，Linux将保证写入的原子性。若是此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数，则进入睡眠，直到当缓冲区中可以容纳要写入的字节数时，才开始进行一次性写操做。
   当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，Linux将再也不保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据，写操做在写完全部请求写的数据后返回。
对于没有设置阻塞标志的写操做：

   当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，Linux将再也不保证写入的原子性。在写满全部FIFO空闲缓冲区后，写操做返回。

   当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，Linux将保证写入的原子性。若是当前FIFO空闲缓冲区可以容纳请求写入的字节数，写完后成功返回；若是当前FIFO空闲缓冲区不可以容纳请求写入的字节数，则返回EAGAIN错误，提醒之后再写。

小结：

   管道经常使用于两个方面：（1）在shell中时常会用到管道（做为输入输入的重定向），在这种应用方式下，管道的建立对于用户来讲是透明的；（2）用于具备亲缘关系的进程间通讯，用户本身建立管道，并完成读写操做。

   FIFO能够说是管道的推广，克服了管道无名字的限制，使得无亲缘关系的进程一样能够采用先进先出的通讯机制进行通讯。管道和FIFO的数据是字节流，应用程序之间必须事先肯定特定的传输"协议"，采用传播具备特定意义的消息。要灵活应用管道及FIFO，理解它们的读写规则是关键。

引文来源  点击打开连接