零、简介

管道，即匿名管道，是UNIX系统上非常古老的进程间通信方法，也是最常用的。它常用于由父子进程之间的通信，比如在shell中把一个命令的输出使用管道传递给另一个命令作为输入。

一、管道的特点

• 管道传递的是字节流，就像TCP socket一样，没有数据块大小的说法。所以无法使用lseek()来随机访问数据。
• 使用管道读写数据的方法和读写文件类似，可以使用read()和write()系统调用。如果管道中没有任何可读的数据，那么调用read()会阻塞到有数据可读位置。类似的，如果管道中的数据已经达到了管道所能存储的上限，那么调用write()会阻塞到管道中有空间写入数据为止。当然，前提是没有把管道设置成非阻塞模式。当管道被关闭后，再次调用read()会返回0，表示数据已经读取完毕。
• 管道是单向传输的。管道的一端用于写，另一端用于读。
• 管道只能用于父子进程间的通信。

二、管道的使用

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

pipe()系统调用可以创建一个新的管道。成功时返回0，失败返回-1。调用成功后，filedes数组中会置两个描述符，其中filedes[0]是读取端的描述符，filedes[1]是写入端的描述符。

一般情况下，在管道创建后，会使用fork()来创建子进程。fork()调用成功后，子进程会继承父进程中filedes的两个文件描述符。然后根据需求，父进程和子进程使用close()调用关闭对应的读、写描述符。比如需要子进程发送数据，父进程读取数据，那么子进程则需要关闭读取端filedes[0]，父进程需要关闭写入端filedes[1]。这一步操作是非常必要的。如果读取数据的进程不关闭写入的描述符，那么对方进程写入端关闭后，读取端调用read()不会返回0，而是一直阻塞下去。如果写入数据的进程不关闭读取的描述符，对方进程关闭读取描述符后，再次调用write()会产生SIGPIPE信号。

父进程和子进程结束的时候，记得关闭所有的文件描述符。

三、示例代码

下面的代码使用匿名管道实现了父子进程之间的通信。子进程向父进程发送10条消息，子进程退出后，父进程也退出。

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

#define BUF_SIZE 2047

int main() {
    int i;
    int pipe_fd;
    int fds[2];
    int ret;
    ssize_t length;
    char buf[BUF_SIZE+1];
    const char* msg;

    ret = pipe(fds);
    if(ret != 0) {
        perror("create pipe Failed.\n");
        return 1;
    }   
    ret = fork();
    if(ret == -1) {
        perror("fork Failed.\n");
        return 1;
    }   
    if(ret == 0) {
        printf("sub porcess start ...\n");

        // 子进程关闭读的fds[0]
        ret = close(fds[0]);
        msg = "Hello World from child process!";
        for(i = 0; i < 10; i++) {
            write(fds[1],msg,strlen(msg));
            sleep(1);
        }   
        close(fds[1]);
        exit(0);
    }
    else {
        printf("main porcess start ...\n");

        // 主进程关闭写的fds[1]
        close(fds[1]);

        while(1) {
            length = read(fds[0],buf,BUF_SIZE);
            if(length > 0) {
                buf[length] = '\0';
                printf("read message: %s\n",buf);
            }
            else if(length == 0) {
                printf("read finished.\n");
                break;
            }
            else {
                perror("read Failed.\n");
                break;
            }
        }
        ret = close(fds[0]);
        wait(NULL);
    }


    return 0;
}