进程通信之管道

浏览数：33 / 时间：2015年06月20日

本节学习进程通信的另一种方式：管道。管道是一个进程连接数据流到另一个进程的通道，它通常把一个进程的输出通过管道连接到另一个进程的输入。在shell命令中经常会看到管道的应用，比如我们要列出当前文件下所有命名中有"test"的文件：ls -l | grep test。其中"|"就代表我们在使用管道，它会把"ls -l"的查询结果通过管道，发送给grep，然后执行"grep test"命令后把结构输出到终端。总之一句话：管道会把一个进程的输出数据，发送给另一进程，作为另一个进程的输入数据。

http://blog.csdn.net/xiaoliangsky/article/details/40112729

一 无名管道
1 无名管道的特点
1）只能用于具有亲缘关系的进程之间，父子进程，兄弟进程之间通信，因为只有子进程才能继续父进程的文件描述符。
2）半双共通信（同一时刻只能对管道进行一种操作（读操作或者写操作）），具有读端口和写端口。
3）管道是一种特殊的文件，可以使用文件io函数（read,write...）来操作，但不能使用lseek函数来定位操作。
4）管道是在内存中，不用我们主动区删除。
5）管道是基于队列实现的，有大小限制。

2 pipe函数
int pipe(int pipefd[2]);

pipe函数创建了一个单向数据通道，这个通道可以用来在进程之间通信。
pipefd: pipefd数组用来返回两个文件描述符，这两个文件描述符代表了通道的两端。pipefd[0]代表通道的读取端，pipefd[1]代表了通道的写入段。在读取端读取数据，在输写入端口写入数据。

返回值
函数调用成功返回0
调用失败返回-1，这时errno存储错误码。

错误码
EFAULT pipefd数组地址不合法
EMFILE 进程使用了太多的文件描述符（文件描述符使用达到上限）
ENFILE 系统已无文件描述符可用
注意：
1）不要使用pipefd[0]来写数据，也不要使用pipefd[1]来读取数据，否则其行为是未定义的。
2）在用pipefd[0]来读数据时，要先关闭pipefd[1];在用pipefd[1]来写入数据时，要关闭pipefd[0]。

下面来看父子进程通过管道通信的一个例子：

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

#define  MAXLINE  100

void err_sys(const char *str);

int main()
{
	int      n;
	int      status;
	int      fd[2];
	pid_t    pid;
	char     line[MAXLINE];
	
	if (pipe(fd) < 0)
	{
		err_sys("pipe error\n");
	}
	
	if ((pid = fork()) < 0)
	{
		err_sys("fork error\n");
	}
	else if (pid == 0)
	{
		close(fd[0]);
		if (write(fd[1], "hello world\n", sizeof("hello world\n")) == -1)
		{
			err_sys("write error\n");
			
			exit(-1);
		}
	}
	else 
	{
		if (waitpid(pid, &status, 0) != pid)
		{
			err_sys("waitpid error\n");
		}

		if (WIFEXITED(status) == 0)
		{
			err_sys("child process exit failed\n");
		}

		close(fd[1]);
		n = read(fd[0], line, MAXLINE);
		write(STDOUT_FILENO, line, n);
	}
	
	
	return 0;
}

void err_sys(const char *str)
{
	printf("%s", str);
}
运行结果如下：


3 popen函数
FILE *popen(const char *command, const char *type)
int   pclose(FILE *stream);

popen函数用创建管道的方式启动一个进程，并调用shell来执行command命令。由于管道是单向的，所以type的方式只能是只读或者只写，不能同时读写。返回结果流也相应的是只写或者只读。
command 参数是一个字符串指针，指向一个以null结束的字符串，这个字符串包含一个shell命令. 这个命令被送到/bin/sh以 -c 参数执行, 即由shell来执行。
type 参数也是一个指向以null结束符结尾的字符串的指针, 这个字符串必须是‘r‘或者‘w’来指明是读还是写。
popen()函数的返回值是一个普通的标准I/O流, 它只能用pclose()函数来关闭, 而不是fclose()函数。向这个流的写入被转化为对command命令的标准输入; 而command命令的标准输出则是和调用popen(), 函数的进程相同，除非这个被command命令自己改变；相反的, 读取一个“被popen了的” 流, 就相当于读取command命令的标准输出, 而command的标准输入则是和调用popen函数的进程相同。可以概括为：向这个流写入数据就是command的输入；从这个流读取就是command的输出。注意, popen函数的输出流默认是被全缓冲的。
pclose函数用于关闭由popen创建出的关联文件流。pclose只在popen启动的进程结束后才返回，如果调用pclose时被调用进程仍在运行，pclose调用将等待该进程结束，并返回一个command命令的退出状态。
stream是popen函数返回的文件流。

返回值
popen 如果fork或pipe函数调用失败，或者popen函数不能申请没存，则函数返回NULL。
pclose 函数调用失败会返回-1。

错误码
popen函数因为内存错误就不会设置errno,fork或pipe错误就会相应的设置errno；type参数无效，errno会被设置为EINVAL。
pclose无法获得子进程状态，errno会被设置为ECHILD。

popen函数的优缺点
优点：在Linux中所有的参数扩展都是由shell来完成的。所以在启动程序（command中的命令程序）之前先启动shell来分析命令字符串，也就可以使各种shell扩展（如通配符）在程序启动之前就全部完成，这样我们就可以通过popen启动非常复杂的shell命令。
缺点：对于每个popen调用，不仅要启动一个被请求的程序，还要启动一个shell，即每一个popen调用将启动两个进程，从效率和资源的角度看，popen函数的调用比正常方式要慢一些。

下面来看两个列子，以便跟深入的了解popen函数。

第一个列子

用popen来实现一个程序，在管道中让用户输入数据，然后在从管道中取出用户输出的数据，显示在终端。首先实现一个输入程序input.c，然后在testinput.c中用popen调用这个程序，把input的输出作为testinput的输入。

input.c的代码：

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <ctype.h>

int main()
{
	int  c;
	//用户输入数据
	while ((c = getchar()) != EOF)
	{
		if (isupper(c))
		{
			c = tolower(c);
		}
		//输出数据作为testinput的输入数据
		if (putchar(c) == EOF)
		{
			fputs("output error\n", stdout);
		}
		
		if (c == '\n')
		{
			fflush(stdout);
		}
	}
	
	return 0;
}
testinput.c的代码： 

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

#define MAXLINE 100

int main()
{
	char   line[MAXLINE];
	FILE  *fpin;
	
	//popen的第一个参数是命令，这里执行一个可执行文件
	if ((fpin = popen("./input", "r")) == NULL)
	{
		fputs("popen error\n", stdout);
	}
	
	for ( ; ; )
	{
		fputs("prompt> ", stdout);
		fflush(stdout);
		
		if (fgets(line, MAXLINE, fpin) == NULL)
		{
			break;
		}
		
		if (fputs(line, stdout) == EOF)
		{
			fputs("fputs error to pipe", stdout);
		}
	}
	
	if (pclose(fpin) == -1)
	{
		fputs("pclose error\n", stdout);
	}
	
	puts("");
	
	exit(0);
}
运行结果如下：

第二个列子很简单，就是调用两次popen函数，第一次执行“ls -l”命名，它的输出作为第二次命令”grep .c“的输入。

代码：

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

#define MAXSIZE 200

void err_sys(const char *str);

int main()
{
	FILE    *fpin;
	FILE    *fpout;
	char     line[MAXSIZE+1];
	
	memset(line, '\0', sizeof(line));
	
	fpin  = popen("ls -l", "r");
	if (fpin == NULL)
	{
		err_sys("popen fpin error\n");

		return -1;
	}

	fpout = popen("grep .c", "w");
	if (fpout == NULL)
	{
		err_sys("popen fpout error\n");
		pclose(fpin);

        return -1;
	}
	//fgets失败或者读到文件未返回NULL
	while (fgets(line, MAXSIZE, fpin) != NULL)//从第一次中取出数据
	{	//fputs成功返回非负，失败返回EOF
		if (fputs(line, fpout) == EOF)//将取出的数据作为第二次命令的输入
		{
			err_sys("fputs error\n");
		}
	}
	
	pclose(fpin);
    pclose(fpout);

	return 0;
}

void err_sys(const char *str)
{
	printf("%s", str);
}
运行结果：


http://blog.csdn.net/xiaoliangsky/article/details/40112729

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