Linux C程序之间的管道通信

1. 管道介绍

管道是Linux中一个重要的通信机制，可以在不同的进程之间进行通信。管道可以用于父进程和子进程之间的通信，也可以用于不相关的进程之间的通信。使用管道，可以将一个进程的输出直接传递给另一个进程的输入。

2. 创建管道

在Linux中，创建管道可通过调用pipe()函数进行。pipe()函数接受一个整型数组作为参数，该数组有两个元素，分别代表管道的读端和写端。

#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);

下面是一个创建管道的示例：

int pipefd[2];
if (pipe(pipefd) == -1) {
    perror("pipe");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

3. 管道通信

在创建好管道后，可以使用管道进行进程间的通信。管道的读端和写端都可以通过文件描述符进行访问。

3.1 子进程发送数据到父进程

子进程可以通过写入管道的写端将数据发送给父进程。

close(pipefd[0]); // 关闭管道的读端
int data = 123;
if (write(pipefd[1], &data, sizeof(data)) == -1) {
    perror("write");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

在这里，我们首先关闭了管道的读端，然后使用write()函数将数据写入管道的写端。

3.2 父进程接收子进程发送的数据

父进程可以通过读取管道的读端来接收子进程发送的数据。

close(pipefd[1]); // 关闭管道的写端
int received_data;
if (read(pipefd[0], &received_data, sizeof(received_data)) == -1) {
    perror("read");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

在这里，我们首先关闭了管道的写端，然后使用read()函数从管道的读端读取数据。

4. 管道通信的限制

管道通信有一些限制需要注意：

管道是半双工通信，数据只能在一个方向上流动。

管道中的数据是先进先出的，即先写入的数据先被读取。

管道有固定的容量，当管道中的数据超过容量时，写入操作将会被阻塞。

如果所有的管道写端都被关闭，再次读取管道将返回0，表示已经读取完全部数据。

4.1 非阻塞写入

当管道已满时，write()函数将被阻塞，直到管道有足够的空间可以写入数据。如果需要在管道已满时立即返回并给出错误，可以使用O_NONBLOCK标志来设置写端的文件描述符。

int flags = fcntl(pipefd[1], F_GETFL);
fcntl(pipefd[1], F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

这里，我们使用fcntl()函数对写端的文件描述符进行设置，将O_NONBLOCK标志添加到已有的flags上。

5. 示例：两个进程间的管道通信

下面是一个完整的示例，展示了如何使用管道进行两个进程间的通信：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    int pipefd[2];
    pid_t pid;
    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (pid == 0) {
        // 子进程
        close(pipefd[0]);
        int data = 123;
        if (write(pipefd[1], &data, sizeof(data)) == -1) {
            perror("write");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        close(pipefd[1]);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    } else {
        // 父进程
        close(pipefd[1]);
        int received_data;
        if (read(pipefd[0], &received_data, sizeof(received_data)) == -1) {
            perror("read");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        close(pipefd[0]);
        printf("Received data: %d\n", received_data);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    return 0;
}

在这个示例中，父进程创建了一个管道，然后创建了一个子进程。子进程通过管道将数据发送给父进程，父进程接收数据并输出。

6. 总结

管道是Linux中常用的进程间通信方式之一，它可以在不同的进程之间传递数据。使用管道，子进程可以将数据发送给父进程，父进程可以接收子进程发送的数据。管道通信的限制包括半双工通信、先入先出、固定容量等。了解管道的使用方法和限制对于进程间的通信非常重要。