使用 Linux pipe() 的进程编程模型答案

【问题标题】：Process programming model using Linux pipe()使用 Linux pipe() 的进程编程模型
【发布时间】：2011-08-01 23:54:57
【问题描述】：

来自http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/009604599/functions/pipe.html：

pipe() 函数将创建一个管道并放置两个文件描述符，每个进入参数 fildes[0] 和 fildes[1]，即请参阅打开的文件描述的读写端管道。

有一个例子，父级向其子级写入数据：

int fildes[2];
const int BSIZE = 100;
char buf[BSIZE];
ssize_t nbytes;
int status;


status = pipe(fildes);
if (status == -1 ) {
    /* an error occurred */
    ...
}


switch (fork()) {
case -1: /* Handle error */
    break;


case 0:  /* Child - reads from pipe */
    close(fildes[1]);                       /* Write end is unused */
    nbytes = read(fildes[0], buf, BSIZE);   /* Get data from pipe */
    /* At this point, a further read would see end of file ... */
    close(fildes[0]);                       /* Finished with pipe */
    exit(EXIT_SUCCESS);


default:  /* Parent - writes to pipe */
    close(fildes[0]);                       /* Read end is unused */
    write(fildes[1], "Hello world\n", 12);  /* Write data on pipe */
    close(fildes[1]);                       /* Child will see EOF */
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

我想知道使用管道与其孩子进行通信的父母如何确保在父母运行 write 之前孩子不会运行 read()，而孩子在家长写完之前读完？
我想知道在父级中创建的管道是否可以用于父母和孩子之间的双向沟通，或者只是一种方式父母对孩子不是相反吗？

如果孩子可以通过管道向父母发送数据，那么程序长什么样？
是一个像真正的管道一样有两端的管道。 fildes[0] 和 fildes[1] 分别用来表示两端？

如果管道是双向的，读端和写端是什么意思关于，即哪个读（写），父母还是孩子？

感谢和问候！

【问题讨论】：

标签： linux process pipe

【解决方案1】：

除非您指定O_NONBLOCK，否则read 将阻塞并等待数据可用。所以没关系；如果数据尚不可用，它将等待。
不，管道不是双工的。如果你想要双向通信，你应该做两个管道（总共会给你四个文件描述符）。 fildes[0] 始终是读取（输出）端，fildes[1] 始终是写入（输入）端。因此，您完全按照您的操作设置了一个管道（父级获得写入端，子级获得读取端，因此父级可以发送给子级），然后以相反的方式设置另一个管道（你让父母保持阅读端，让孩子保持写作端）。
fildes[0] 和 fildes[1] 确实代表了管道的末端，但它们不可互换。一种用于将数据“放入”管道，另一种用于从管道“取出”数据。

如果您需要更多说明，请随时询问；我意识到这可能会让新手感到困惑。

更新以回答评论中的问题：

任何进程都可以调用pipe()，并且它的子进程将继承它接收到的文件描述符（除非你关闭它们）。也就是说，它们可以通过多次fork() 调用而存活下来。因此，您可以编写一个程序，将文件描述符提供给孙子、曾孙等。
当然，两个同级进程可以像这样进行通信。父调用pipe() 来创建对（或者如果您想要双向通信，则创建两个对），然后分叉两次。然后您可以让一个孩子使用fildes[0]，而另一个孩子使用fildes[1]。父级不应使用任何文件描述符。瞧！孩子与共同父母之间的交流。这个简单（尽管可能不直观）的功能非常强大，这是非常了不起的。这类似于下面的示例。
将fork() 拍照为克隆机。在进入克隆机之前，您使用pipe() 制作一对使用特殊秘密频率的匹配对讲机。一个只能传输；对方只能收。当您使用克隆机时，会出现您的两个副本（原始副本，即父母，以及克隆，即孩子）。每个副本现在都携带一对相同的匹配对讲机。如果原始人破坏了他的“接收”设备而克隆人破坏了他的“传输”设备，那么原始人可以使用对讲机与克隆人交谈（但不能反过来）。

但是你看，这里的关键思想不是pipe() 连接两个进程（尽管这是它的主要用途），它是在fork() 期间重复的东西。您可以多次重新进入克隆机并获得许多对讲机，因此定义“谁在与谁通话”（哪些进程通过管道连接）并不是克隆机功能的特定方面或对讲机。

相反，它取决于谁最终实际使用了哪些端点，这完全在您的控制之中。如果你愿意，你可以让孩子关闭两个端点（摧毁两个对讲机），这会让父母自己跟自己说话（这很愚蠢，可能没有用，但它是可能的） .我意识到这有点切题，但我试图传达基本思想的工作原理，以便您了解管道可能实现的领域。

同级进程与管道通信的示例（单向）：

int fildes[2];
int status;

status = pipe(fildes);
if (status == -1) { ... }

// first fork
switch (fork()) {
case -1:
    // handle error
    break;

case 0:
    // child 1 (with the writing end -- close the writing end)
    close(fildes[0]);
    // your logic for child 1 here, using fildes[1] to write
    return;

default:
    // not child 1: close the writing end
    close(fildes[1]);
    break;
}

// second fork
switch (fork()) {
case -1:
    // handle error
    break;

case 0:
    // child 2 (with the reading end)
    // your logic for child 2 here, using fildes[0] to read
    return;
}

// still in the parent
// logic for the common parent here, after forking both children

【讨论】：

谢谢！在webcache.googleusercontent.com/… 中，“管道只能在具有共同祖先的进程之间使用”。 (1) 但在我的帖子中的示例中，管道用于父子之间的通信。那么共同祖先是什么意思，就像共同的祖父一样？ (2) 同一个父母的两个孩子可以通过管道进行通信吗？怎么样？
(3) 如果有多个子节点，哪个子节点是在父节点中创建的与父节点相连的管道？
已更新以反映其他问题。

【解决方案2】：

如果子进程运行read()，它将阻塞直到数据可用，只要没有为描述符设置no阻塞。如果子进程完成读取并关闭管道，父进程将收到SIGPIPE 信号，write() 将中止。
管道通常是单向通信。有（谣言）双向管道的实现，但我从未遇到过其中之一。
如 2. 中所述，管道最初被定义为单向的，因此父级具有写入的终点，子级具有读取的终点。如果双向管道可用，我猜想子可以写入其末端，而父可以从其末端读取。

也许man 7 pipe 也会对您有所帮助。

【讨论】：