管道命名管道

管道(pipe)又称无名管道
无名管道是一种特殊类型的文件，在应用层体现为两个打开的文件描述符

管道是最古老的 UNIX IPC 方式，其特点是：

半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动
数据只能从管道的一端写入，另一端读出
写入管道中的数据遵循先入先出的规则
管道所传送的数据是无格式的，这要求管道的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式，如多少字节算一个消息等
管道不是普通的文件，不属于某个文件系统，其只存在于内存中
管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同
从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走，它就从管道中被抛弃，释放空间以便写更多的数据
管道没有名字，只能在具有公共祖先的进程之间使用

无名管道的创建 pipe 函数

#include <unistd.h>

/*
 * 功能：
 *  经由参数 filedes 返回两个文件描述符
 * 参数：
 *   filedes：int 型数组的首地址，其存放了管道的文件描述符 fd[0]、 fd[1]
 *   filedes[0]为读而打开，filedes[1]为写而打开管道
 *   filedes[0]的输出是 filedes[1]的输入
 * return：
 *   成功：0
 *   失败：-1
 */
int pipe(int filedes[2]);

创建管道，父子进程通过无名管道通信

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd_pipe[2];
    char buf[] = "hello world";
    pid_t pid;

    if(pipe(fd_pipe) < 0)
    {
        perror("pipe");
    }

    pid = fork();
    if(pid < 0)
    {
        perror("fork");
        exit(-1);
    }
    
    if(0 == pid)
    {
        write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf));
        _exit(0);
    }
    else
    {
        wait(NULL);
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        read(fd_pipe[0], buf, sizeof(buf));
        printf("buf = [%s]\n",buf);
    }
    return 0;
}

打印：

父子进程通过管道实现数据的传输

注意：
利用无名管道实现进程间的通信，都是父进程创建无名管道，然后再创建子进程，子进程继承父进程的无名管道的文件描述符，然后父子进程通过读写无名管道实现通信

从管道中读数据的特点
默认用 read 函数从管道中读数据是阻塞的
调用 write 函数向管道里写数据，当缓冲区已满时 write 也会阻塞
通信过程中，读端口全部关闭后，写进程向管道内写数据时，写进程会（收到 SIGPIPE 信号）退出

编程时可通过 fcntl 函数设置文件的阻塞特性
设置为阻塞：
fcntl(fd, F_SETFL, 0);
设置为非阻塞：
fcntl(fd, F_SETFL, O_NONBLOCK)

验证无名管道文件读写的阻塞和非阻塞

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd_pipe[2];
    char buf[] = "hello world";
    pid_t pid;

    if(pipe(fd_pipe) < 0)
    {
        perror("pipe");
    }
    
    pid = fork();
    if(pid < 0)
    {
        perror("fork");
        exit(-1);
    }

    if(0 == fid)
    {
        sleep(3);
        write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf));
        _exit(0);
    }
    else
    {
        //fcntl(fd_pipe[0], F_SETFL, 0);
        fucntl(fd_pipe[0], F_SETFL, O_NONBLOCK);
        while(1)
        {
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            read(fd_pipe[0], buf, sizeof(buf));
            printf("buf = [%s]\n",buf);
            sleep(1);
        }
    }
    
    return 0;
}

打印：

文件描述符概述

文件描述符是非负整数，是文件的标识
用户使用文件描述符（ file descriptor）来访问文件

利用 open 打开一个文件时，内核会返回一个文件描述符
每个进程都有一张文件描述符的表，进程刚被创建时，标准输入、标准输出、标准错误输出设备文件被打开，对应的文件描述符 0、 1、 2 记录在表中
在进程中打开其他文件时，系统会返回文件描述符表中最小可用的文件描述符，并将此文件描述符记录在表中

注意：
Linux 中一个进程最多只能打开 NR_OPEN_DEFAULT（即 1024）个文件，故当文件不再使用时应及时调用 close 函数关闭文件

文件描述符的复制

dup 和 dup2 是两个非常有用的系统调用，都是用来复制一个文件的描述符，使新的文件描述符也标识旧的文件描述符所标识的文件

int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);
dup 和 dup2 经常用来重定向进程的 stdin、 stdout 和 stderr

dup 函数

#include <unistd.h>

/*
 * 功能：
 *  复制 oldfd 文件描述符，并分配一个新的文件描述符，新的文件描述符是调用进程文件描述符表中最小可用的文件描述符
 * 参数：
 *   要复制的文件描述符 oldfd
 * 返回值：
 *   成功： 新文件描述符
 *   失败：-1
 */
int dup(int oldfd);

重定向

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd1;
    int fd2;

    fd1 = open("test", O_CREAT | O_WRONLY, S_IRWXU);
    if(fd1 < 0)
    {
        perror("open");
        exit(-1);
    }

    close(1);

    fd2 = dup(fd1);
    printf("fd2 = %d\n", fd2);

    return 0;
}

打印：

dup2 函数重定向

#include <unistd.h>

/*
 * 功能：
 *   复制一份打开的文件描述符 oldfd，并分配新的文件描述符 newfd，newfd 也标识 oldfd 所标识的文件
 * 注意：
 *   newfd 是小于文件描述符最大允许值的非负整数，如果 newfd 是一个已经打开的文件描述符， 则首先关闭该文件，然后再复制
 * 参数：
 *    oldfd: 要复制的文件描述符 
 *    newfd: 分配的新的文件描述符 
 * 返回值：
 *   成功：newfd
 *   失败： -1
 */
int dup2(int oldfd, int newfd);

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd1;
    int fd2;
    
    //save stdout
    fd2 = dup(1);
    printf("new:fd2 = %d\n",fd2);

    fd1 = open("test", O_CREAT | O_RDWR, S_IRWXU);

    close(1);
    dup(fd1);
    printf("hello world\n");

    close(1);
    dup("fd2");
    printf("you is sb\n");
    return 0;
}

打印：

复制文件描述符后新旧文件描述符的特点

使用 dup 或 dup2 复制文件描述符后，新文件描述符和旧文件描述符指向同一个文件，共享文件锁定、读写位置和各项权限
当关闭新的文件描述符时，通过旧文件描述符仍可操作文件
当关闭旧的文件描述时，通过新的文件描述符仍可可操作文件

exec 前后文件描述符的特点
close_on_exec 标志决定了文件描述符在执行 exec 后文件描述符是否可用
文件描述符的 close_on_exec 标志默认是关闭的，即文件描述符在执行 exec 后文件描述符是可用的
若没有设置 close_on_exec 标志位，进程中打开的文件描述符，及其相关的设置在 exec 后不变，可供新启动的程序使用

设置 close_on_exec 标志位的方法

int flags;
flags = fcnt1(fd, F_GETFD);    //获取标志
flags |= FD_CLOEXEC;    //打开标志
flags &= ~FD_CLOEXEC;    //关闭标志
fcntl(fd, F_SETFD, flags);     //设置标志

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