pipe()函数

pipe()函数
介绍
pipe()函数是Unix/Linux系统中一种IPC(Inter-process Communication，进程间通信)机制，用于创建一个管道（Pipe），实现父进程和子进程之间的数据通信。

管道被认为是进程间通信的最简单形式，通常被用于进程之间的数据传输和同步。

管道
管道是一种半双工的数据通信方式，也就是说，同一时刻，它只能实现数据的单向传输，一端写入数据，另一端可以读出数据，但是不能同时读写数据。

管道被创建时，系统会在内存中分配一段缓冲区，用于存储数据的传输，它通常被称
为“管道”，这样就可以实现进程之间的数据通信。

在Linux的文件系统中，管道被对应为一种特殊的文件类型，命名为“管道文件”，
也可以被表示为“|”。

在UNIX环境下，管道是通过fork()和exec()系统调用创建的。

在C语言中，创建管道的函数是pipe()，该函数的原型如下：
```c
int pipe(int pipefd[2]);
```
该函数传递一个整型数组，用于存储两个文件描述符，分别表示管道的读端和写端。

在成功创建管道后，pipe()函数返回0，否则返回-1，表示创建管道失败。

管道的读端用于从管道中读取数据，写端用于将数据写入管道。

当读取端口被关闭时，表示管道的末端已经被关闭，写入到管道的数据在读取端口被读取后不再可用。

父进程和管道通信
下面是一个简单的父子进程通信的例子。

父进程会从标准输入中读取数据，并将数据
写入到管道中。

然后子进程从管道中读取数据，并将数据打印到标准输出中。

该例子中，
父子进程之间使用管道进行数据通信。

```c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#define BUFSIZE 256
/* 创建管道 */
if (pipe(fd) < 0) {
perror("pipe");
return -1;
}
if (pid == 0) { // 子进程
close(fd[1]); // 子进程关闭写端口
int n = read(fd[0], buf, BUFSIZE);
/* 读取父进程写入管道中的数据 */
write(STDOUT_FILENO, buf, n);
write(STDOUT_FILENO, "\n", 1);
close(fd[0]);
} else { // 父进程
close(fd[0]); // 父进程关闭读端口
/* 从标准输入中读取数据 */
int n = read(STDIN_FILENO, buf, BUFSIZE); /* 将读取的数据写入管道 */
write(fd[1], buf, n);
close(fd[1]);
}
return 0;
}
```
在该程序中，父进程使用write()函数向管道中写入数据，子进程使用read()函数从
管道中读取数据。

当父进程写入数据到管道时，如果管道的读端没有被打开，那么写入的
数据会一直存储在管道的缓冲区中。

当子进程打开管道的读端口时，读取缓冲区中的数据，并将数据打印到标准输出中。

总结
```c
int pipe(int pipefd[2]);
```管道的使用场景
管道通常被用于进程之间的数据传输和同步。

下面介绍一些常见的管道使用场景：
1. 父子进程之间的通信：父进程和子进程之间可以通过管道进行通信，父进程将数
据写入管道，子进程读取该数据。

2. 管道与shell命令：可以将一个命令的输出作为另一个命令的输入，使用“|”管
道符实现。

例如：
```
ls -al | grep .txt // 在文件夹中查询所有txt文件并打印到终端
```
3. 网络应用中的通信：在网络应用中，TCP和UDP套接字都可以通过管道进行通
信。

在一个进程中，一个线程可能需要发送数据到另一个线程。

如果通过TCP套接字进行
通信，可能会遇到多个线程同时试图发送数据，导致通信出错。

此时，可以通过管道实现
线程之间的同步和数据传输。

阻塞与非阻塞
在使用管道时，会存在阻塞和非阻塞两种模式。

默认情况下，管道是阻塞的，也就是说，当管道满了时，写入端或读取端口会一直等待直到管道中的数据被读取或写入。

为了避免阻塞模式下的等待，可以使用非阻塞模式。

在非阻塞模式下，当管道写入端
口满了或读取端口缓冲区为空时，写入和读取函数将返回一个错误。

在C语言中，可以通
过fcntl()函数来设置管道的阻塞和非阻塞模式。

下面是一个使用非阻塞模式的父子进程通信的例子：
```c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#define BUFSIZE 256
/* 创建管道 */
if (pipe(fd) < 0) {
perror("pipe");
return -1;
}
/* 设置管道为非阻塞模式 */
flags = fcntl(fd[0], F_GETFL);
fcntl(fd[0], F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); if (pid == 0) { // 子进程
close(fd[1]); // 子进程关闭写端口
/* 从管道中读取数据 */
int n = read(fd[0], buf, BUFSIZE);
if (n == -1) {
perror("read");
} else {
write(STDOUT_FILENO, buf, n);
write(STDOUT_FILENO, "\n", 1);
}
close(fd[0]);
} else { // 父进程
close(fd[0]); // 父进程关闭读端口
/* 从标准输入中读取数据 */
int n = read(STDIN_FILENO, buf, BUFSIZE);
return 0;
}
```
总结
管道是进程在Linux/Unix中常用的进程间通信方式。

通过pipe()函数创建一条管道，可以实现父子进程之间的数据通信。

在数据传输和同步等方面，管道具有许多优点，非常
适用于进程间通信。

在实际应用中，根据需要选择合适的管道模式，在进程间实现高效的数据传输和同步，这是程序设计中非常重要的一部分。