1管道
COMS W3157
Borowski 博士
1 什么是 IPC？
IPC 代表进程间通信。它是一组编程接口，允许进程之间进行协调活动。
- 使得进程间的数据交换成为可能。
- 使得进程间的同步成为可能。
- 包括各种 API 和机制。
2 Unix IPC
图 15.1 UNIX 系统 IPC 摘要
3 Unix 管道
管道是 UNIX 系统 IPC 最古老的形式，所有 UNIX 系统都提供。
管道有两个限制：
- 历史上，它们是半双工的（即，数据只能单向流动）。
- 某些系统现在提供全双工管道，但为了最大限度的可移植性，我们不应假定情况总是如此。
- 管道只能用于具有共同祖先的进程之间。
- 通常，管道由一个进程创建，该进程调用 fork，然后在父进程和子进程之间使用管道。
4 Shell 中的管道线
```
cat file.txt | sort | uniq > sorted_file.txt
```
cat 的输出成为 sort 的输入，sort 的输出成为 uniq 的输入。uniq 的输出被重定向到一个文件。
5 创建管道
```
#include
int pipe(int fd[2]);
```
通过 fd 参数返回两个文件描述符：
- fd[0] 打开用于读取
- fd[1] 打开用于写入
fd[1] 的输出是 fd[0] 的输入。
6 OS 提供的管道
\#include
通过 fd 参数返回两个文件描述符：
- fd[0] 打开用于读取
- fd[1] 打开用于写入
fd[1] 的输出是 fd[0] 的输入。
7 fork() 后的管道
正如我们刚刚所见，单个进程中的管道几乎无用。
通常，调用 pipe() 的进程会接着调用 fork()，从而在父进程和子进程之间创建一个 IPC 通道，反之亦然。
图 15.3 fork 后的半双工管道
8 半双工
读取进程应关闭 fd[1] 并使用 fd[0] 进行读取。写入进程应关闭 fd[0] 并使用 fd[1] 进行写入。
图 15.3 fork 后的半双工管道
图 15.4 从父进程到子进程的管道
9 规则
当管道的一端关闭时，适用两条规则。
- 如果我们从一个写入端已关闭的管道读取，则在所有数据都被读取后，read 返回 0 表示文件结束。
- 从技术上讲，我们应该说直到管道没有更多写入者时才生成文件结束。可以复制管道描述符，以便多个进程以写入模式打开管道。然而，通常情况下，管道只有一个读取者和一个写入者。
10 规则，续
- 如果我们向一个读取端已关闭的管道写入，则会生成 SIGPIPE 信号。如果我们忽略该信号或捕获它并从信号处理程序返回，write 返回 -1，并将 errno 设置为 EPIPE。
11 示例代码
```
#include "apue.h"
int main(void) {
int n;
int fd[2];
pid_t pid;
char line[MAXLINE];
if (pipe(fd) < 0)
err_sys("pipe error");
if ((pid = fork()) < O) {
err_sys("fork error");
} else if (pid > 0) { / parent /
close(fd[0]);
write(fd[1], "hello world\n", 12);
} else { / child /
close(fd[1]);
n = read(fd[O], line, MAXLINE);
write(STDOUT_FILENO, line, n);
}
exit(O);
}
```
12 将 stdin/stdout 重定向到管道
为了将管道与已执行的进程一起使用，我们无法直接访问 pipe() 创建的文件描述符，我们必须使用 dup2() 函数，如下所示：
```
#include
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);
```
dup() 系统调用创建一个文件描述符的副本。它使用最低编号的未使用描述符作为新描述符。
dup2() 系统调用与 dup() 类似，但它们之间的基本区别在于，dup2() 不使用最低编号的未使用文件描述符，而是使用用户指定的描述符编号。
13 管道示例
假设您想计算系统上运行的名为“kworker”的进程有多少。
在 shell 中，您可以设置以下命令管道：
ps -A | grep -i kworker | wc -l
要在 C 中实现这一点，会复杂得多。
14 C 程序的草图
声明 3 个 int[] 数组并在父进程中调用 pipe() 3 次。
调用 fork() 3 次。对于每个子进程：
- 根据需要使用 STDIN_FILENO 和 STDOUT_FILENO 调用 dup2()。
- 关闭管道中所有未使用的端。
- 调用 exec() 运行外部二进制文件。
在父进程中，从最后一个进程和父进程之间的管道的开放端读取。在屏幕上打印输出。
等待所有 3 个子进程执行完毕。
15 开放/关闭描述符图
现在研究 Canvas 中的 countprocess.c。
16 popen()
```
FILE popen(const char command, const
char *type);
```
- 创建一个管道，fork，关闭管道中未使用的端，并调用 shell 执行命令。
- type 对应于管道的类型。
- 可以是读取（“r”）或写入（“w”）
```
int pclose(FILE *stream);
```
- 等待进程终止并返回其退出状态。