Linux管道编程小记

匿名管道pipe是单向的，或者说是半双工的。

提供了一个和它有共同先祖的进程的通信方式。

注意：如果需要全双工通信，应该转而考虑套接字API

另一种类型的管道被称为命名管道。一个命名管道像正常管道一样工作，但是它存在于文件系统中，因而任意进程都可以找到它。这使得不同先祖的进程之间也可以进行通信。

注意：管道只不过是一对文件描述符，因此所有能够操作文件描述符的函数都可以用于管道。这些函数包括但不限于 select，read，write，fcntl，freopen。

pipe 函数

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

pipe 函数成功时返回0，失败时返回-1，并设置相应的errno。

成功返回时，fds数组（作为pipe函数的参数传递）会被赋予两个活动的文件描述符。

数组中第一个元素是应用程序可读取的文件描述符，第二个元素是应用程序可写入的文件描述符。

例子：

创建一个管道，然后把进程分支为一个父进程和一个子进程。（16行）

在子进程中，试图从管道的输入文件描述符进行读取（第18行），这会将该进程挂起，直到有什么东西可以读取为止。

父进程就是使用写文件描述符（pipe数组的第二个元素）向管道中写入一个测试字符串，然后用wait函数等待子进程退出。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<wait.h>

#define MAX_LINE 80
int main(){
    int thePipe[2], ret;
    char buf[MAX_LINE+1];
    const char *testbuf = {"a test string."};
    
    if(pipe(thePipe) == 0){
        if(fork()==0){
            ret = read(thePipe[0],buf,MAX_LINE);
            buf[ret]=0;
            printf("Child read %s\n",buf);
        }
        else{
            ret = write(thePipe[1],testbuf,strlen(testbuf));
            ret = wait(NULL);
        }
    }
    return 0;
}

fork()为系统调用，一个现有的进程可以调用fork()创建一个子进程。
fork函数被调用一次返回两次，在子进程中返回0，父进程中返回子进程ID，出错返回-1

pid_t wait (int *status);
等待子进程结束，返回子进程PID，子进程结束状态由status返回。

当进程结束后，为管道分配的资源会被自动释放。

尽管如此，在编程中最好还是调用close关闭管道使用的描述符。

close(myPipe[0]);
close(myPipe[1]);

dup和dup2

int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);

这两个函数是用来复制文件描述符的。

举个栗子，用 dup(2) 实现输出的重定向。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main (void)
 {                                                                               
        /* 如何在不改变下面的内容的情况下，使输出的内容到文件中？  */

        puts("dup test.");
 
        return 0;
 }

puts(3) 函数是将参数字符串写入到标准输出 stdout（文件描述符是 1） 中，而标准输出默认目标是我们的 shell。

如果想要让 puts(3) 的参数输出到一个文件中，实现思路是：首先打开一个文件获得一个新的文件描述符，然后关闭标准输出文件描述符(1)，然后使用 dup(2) 函数族复制产生一个新的文件描述符，此时的 1 号文件描述符就不是标准输出的文件描述符了，而是我们自己创建的文件的描述符了。

还记得我们之前提到过吗，文件描述符优先使用可用范围内最小的。进程中当前打开的文件描述符有标准输入(0)、标准输出(1)、标准错误(2)和我们自己打开的文件(3)，当我们关闭了 1 号文件描述符后，当前可用的最小文件描述符是 1，所以新复制的文件描述符就是 1。而标准库函数 puts(3) 在调用系统调用 write(2) 函数向 1 号文件描述符打印时，正好是打印到了我们所指定的文件中。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main (void)
{
       int fd = -1;
 
       fd = open("tmp", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664);
       close(1); // 关闭标准输出

      dup2(fd, 1);
      close(fd);
 
   /* 要求在不改变下面的内容的情况下，使输出的内容到文件中  */
     puts("dup test.");
     return 0;
 }

由于题目的要求是 puts(3) 上面注释以下的内容都不能修改，原则上 1 号文件描述符在这里使用完毕也需要 close(2)，所以这里造成了一个内存泄漏，但并不影响对 dum(2) 函数族的解释和测试。

例二

模拟 ls -l | wc -l的指令，即将ls的结果通过管道作为输入给wc，wc指令：我们可以计算文件的Byte数、字数、或是列数，若不指定文件名称、或是所给予的文件名为”-“，则wc指令会从标准输入设备读取数据。

参数：

• -c或–bytes或–chars 只显示Bytes数。
• -l或–lines 只显示行数。
• -w或–words 只显示字数。
• –help 在线帮助。
• –version 显示版本信息。

使用dup实现：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
    int pfds[2]
    if(pipe(pfds)==0){
        if(fork()==0){
            close(1);
            dup2(pfds[1],1);//pipe的两个参数，第0位为input，第1位为output
            				//而标识符为1的文件操作符为stdout，0为标准输入stdin
            close(pfds[0]);
            execlp("ls","ls","-1",NULL);//execlp下面介绍
        }else{
            close(0);
            dup2(pfds[0],0);
            close(pfds[1]);
            execlp("wc","wc","-l",NULL);
        }
    }
}

execlp

从PATH 环境变量中查找文件并执行

定义：

int execlp(const char * file,const char * arg,……);

头文件：

#include<unistd.h>

说明：

execlp()会从PATH 环境变量所指的目录中查找符合参数file的文件名, 找到后便执行该文件, 然后将第二个以后的参数当做该文件的argv[0]、argv[1]……, 最后一个参数必须用空指针(NULL)作结束。

函数mkfifo

mkfifo用于在文件系统中创建一个文件，提供FIFO功能（也称命名管道）。

之前的匿名管道只能用于进程与其子进程之间，

命名管道在文件系统中可见，因此可以用于任何进程之间。

函数mkfifo原型如下：

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname,mode_t mode);

第一个参数（pathname）在文件系统中指明要创建的文件。

第二个参数表示对该FIFO的读写权限设置。

函数成功时返回0，错误返回-1，并设置相应errno

示例：

int ret;
ret = mkfifo("/tmp/cmd_pipe",S_IFIFO |0666);
if(ret == 0){
    ...
}else{
    ...
}