进程通信(1)：无名管道(pipe)

无名管道(pipe)用来具有亲缘关系的进程之间进行单向通信。半双工的通信方式，数据只能单向流动。

管道以字节流的方式通信，数据格式由用户自行定义。

无名管道多用于父子进程间通信，也可用于其他亲缘关系进程间通信。

因为父进程调用fork函数创建子进程，子进程拷贝父进程的文件表，由于父子进程文件表内容相同，指向的file相同，所有最终父子进程操作的pipe管道相同。

父子进程都能看到pipe管道内存空间，所以父子进程能正常通信。进程通信的本质就是进程之间能够访问同一块内存。

父进程调用fork函数后，父子进程不能同时保留读写文件描述符,需要关闭读或者写文件描述符，形成单向数据流防止父子进程同时读写引发数据错误。

如果需要双向数据流，需要创建两个管道，然后关闭一个管道的读端和另一个管道的写端。

(1)创建管道1(fdl[0]和fdl[1])和管道2(fd2[0]和fd2[1]);

(2) fork;

(3)父进程关闭管道1的读出端(fd[0]);

(4)父进程关闭管道2的写入端(fd2[l]);

(5)子进程关闭管道1的写入端(fd[1]);

(6)子进程关闭管道2的读出端(fd2[0]);

 在下面程序中，父进程作为client，子进程作为server，使用两个匿名管道进行ipc通信。

首先父进程使用pipe创建两个管道pipe1和pipe2，然后使用fork创建子进程，在子进程中关闭pipe1的写端和pipe2的读端。在子进程中调用server函数，在父进程中调用client函数。

client函数读取标准输入的文件路径，然后使用write发送给管道；server使用read读取对应管道获取文件路径，然后打开文件，读取内容后使用write发送给另一个管道，然后client读取对应管道的文件内容输出到终端。

最后父进程调用waitpid回收结束的子进程。在调用waitpid之前，子进程处于僵尸状态，虽然没有占用内存空间，但是占用一定的资源。子进程结束后发送SIGCHLD信号给父进程，父进程默认是忽略这个信号，所以需要手动回收子进程。

#include	"unpipc.h"void	client(int, int), server(int, int);int main(int argc, char **argv)
{int		pipe1[2], pipe2[2];pid_t	childpid;Pipe(pipe1);	/* create two pipes */Pipe(pipe2);if ( (childpid = Fork()) == 0) {		/* child */Close(pipe1[1]);Close(pipe2[0]);server(pipe1[0], pipe2[1]);exit(0);}/* 4parent */Close(pipe1[0]);Close(pipe2[1]);client(pipe2[0], pipe1[1]);Waitpid(childpid, NULL, 0);		/* wait for child to terminate */exit(0);
}

server.c 

#include	"unpipc.h"void
server(int readfd, int writefd)
{int		fd;ssize_t	n;char	buff[MAXLINE+1];/* 4read pathname from IPC channel */if ( (n = Read(readfd, buff, MAXLINE)) == 0)err_quit("end-of-file while reading pathname");buff[n] = '\0';		/* null terminate pathname */if ( (fd = open(buff, O_RDONLY)) < 0) {/* 4error: must tell client */snprintf(buff + n, sizeof(buff) - n, ": can't open, %s\n",strerror(errno));n = strlen(buff);Write(writefd, buff, n);} else {/* 4open succeeded: copy file to IPC channel */while ( (n = Read(fd, buff, MAXLINE)) > 0)Write(writefd, buff, n);Close(fd);}
}

client.c

#include "unpipc.h"
void client(int readfd, int writefd)
{size_t	len;ssize_t	n;char	buff[MAXLINE];/*4read pathname*/Fgets(buff, MAXLINE, stdin);len = strlen(buff);		/* fgets() guarantees null byte at end */if (buff[len-1] == '\n')len--;				/* delete newline from fgets() *//* 4write pathname to IPC channel */Write(writefd, buff, len);/* 4read from IPC, write to standard output */while ( (n = Read(readfd, buff, MAXLINE)) > 0)Write(STDOUT_FILENO, buff, n);
}

全双工管道

linux中可以使用socketpair创建一个全双工管道，但是在fd[0]写的数据只能在fd[1]读，在fd[1]写的数据只能在fd[0]读。

全双工管道是由两个半双工管道实现的，但是具体原理这本书上没有说(以后有机会找一下)

下面程序使用了全双工管道进行父子进程的通信：

父进程使用socketpair创建一个全双工管道，然后使用fork创建子进程。父进程向管道fd[1]端写入字符p，然后读取管道fd[1]的字符。子进程睡3秒后读取管道fd[0]的字符，然后向管道fd[1]写入字符c。

#include	"unpipc.h"
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int
main(int argc, char **argv)
{int		fd[2], n;char	c;pid_t	childpid;if(socketpair(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, fd) == -1){err_quit("create error");}Pipe(fd);		/* assumes a full-duplex pipe (e.g., SVR4) */if ( (childpid = Fork()) == 0) {		/* child */sleep(3);if ( (n = Read(fd[0], &c, 1)) != 1)err_quit("child: read returned %d", n);printf("child read %c\n", c);Write(fd[0], "c", 1);exit(0);}/* 4parent */Write(fd[1], "p", 1);if ( (n = Read(fd[1], &c, 1)) != 1)err_quit("parent: read returned %d", n);printf("parent read %c\n", c);exit(0);
}