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编程问答

管道的读写行为

發布時間：2023/11/30 编程问答 23 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了管道的读写行为小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

使用管道需要注意以下4種特殊情況（默認都是阻塞I/O操作，沒有設置O_NONBLOCK標志）：

1. 如果所有指向管道寫端的文件描述符都關閉了（管道寫端引用計數為0），而仍然有進程從管道的讀端讀數據，那么管道中剩余的數據都被讀取后，再次read會返回0，就像讀到文件末尾一樣。

2. 如果有指向管道寫端的文件描述符沒關閉（管道寫端引用計數大于0），而持有管道寫端的進程也沒有向管道中寫數據，這時有進程從管道讀端讀數據，那么管道中剩余的數據都被讀取后，再次read會阻塞，直到管道中有數據可讀了才讀取數據并返回。

3. 如果所有指向管道讀端的文件描述符都關閉了（管道讀端引用計數為0），這時有進程向管道的寫端write，那么該進程會收到信號SIGPIPE，通常會導致進程異常終止。當然也可以對SIGPIPE信號實施捕捉，不終止進程。具體方法信號章節詳細介紹。

4. 如果有指向管道讀端的文件描述符沒關閉（管道讀端引用計數大于0），而持有管道讀端的進程也沒有從管道中讀數據，這時有進程向管道寫端寫數據，那么在管道被寫滿時再次write會阻塞，直到管道中有空位置了才寫入數據并返回。

總結：

讀管道：1.管道中有數據，read返回實際讀到的字節數。2.管道中無數據：管道寫端被全部關閉，read返回0（好像讀到文件結尾）；寫端沒有全部被關閉，read阻塞等待（不久的將來可能有數據遞達，此時會讓出cpu）。

寫管道：1.管道讀端全部被關閉，進程異常終止（也可使用捕捉SIGPIPE信號，使進程不終止）。2. 管道讀端沒有全部關閉：管道已滿，write阻塞；管道未滿，write將數據寫入，并返回實際寫入的字節數。

重點注意：

如果寫入的數據大小n<=PIPE_BUF時，linux保證寫入的原子性，即要么不寫，要么全寫入。如果沒有足夠的空間供n個字節全部寫入，則會阻塞直到有足夠空間供n個字節全部寫入；如果寫入的數據大小n>PIPE_BUF時，寫入不再具有原子性，可能中間有其它進程穿插寫入，其自身也會阻塞，直到將n字節全部寫入在才返回寫入的字節數，否則阻塞等待。

讀數據時，如果請求讀取的數據（read函數的緩沖區）大小>=PIPE_BUF，則直接返回管道中現有的數據字節數（即將管道中的數據全部讀出）；如果< PIPE_BUF，則返回管道中現有的數據字節數（此時管道中的實際數據量<=請求的數據量大小），或者返回請求數據量的大小。

練習1：父子進程使用管道通信，父寫入字符串，子進程讀出并打印到屏幕。

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h>int main(void) {int ret,fd1;char *p="zhangshuxiong\n";int fd[2];ret = pipe(fd);if(ret == -1){perror("pipe");exit(1);}fd1 = fork( );if(fd1 == -1){perror("fork");exit(1);}else if(fd1 == 0) {sleep(3); //子進程睡3秒close(fd[1]); //子進程關閉寫端char buff[1024]={0};ret = read(fd[0],buff,1024); //子進程讀數據if(ret == -1){perror("read");exit(1);}else if(ret == 0) {printf("父進程沒有向管道里寫入數據\n");}else {int res= write(STDOUT_FILENO,buff,ret); //將讀出的數據輸出到屏幕if(res == -1){perror("write");exit(1);}}close(fd[0]); //子進程結束前關閉掉文件描述符}else {close(fd[0]);int rer = write(fd[1],p,strlen(p)); //父進程寫入數據if(rer == -1){perror("write");exit(1);}close(fd[1]); //父進程結束前關閉掉文件描述符wait( NULL ); //父進程回收（阻塞等待）}return 0; }

[root@localhost pipe]# ./pip

zhangshuxiong

[root@localhost pipe]#???? //可見，如果沒有wait，則父進程會先結束，正因為有了wait，父進程會等待子進程結束，最后shell進程才會收回前臺，等待與用戶交互。注意，即使沒有sleep函數，依然能保證子進程運行時一定會讀到數據，因為是阻塞讀。

練習2：使用管道實現父子進程間通信，完成：ls | wc –l。假定父進程實現ls，子進程實現wc。

[root@localhost pipe]# ls

makefile? pip? pip.c? pipe? pipe1? pipe1.c? pipe2? pipe2.c? pipe3? pipe3.c? pipe.c? pipe_test? pipe_test.c? test

[root@localhost pipe]# ls | wc –l? ?//統計文件的字數

其實 ls | wc –l命令執行后，shell進程會創建兩個子進程，并創建一個管道，用于兩子進程通信，下面給出詳細實現過程：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h>int main(void) {int ret,fd1;int fd[2];ret = pipe(fd);if(ret == -1){perror("pipe");exit(1);}fd1 = fork( );if(fd1 == -1){perror("fork");exit(1);}else if(fd1 == 0) {close(fd[1]);int as = dup2(fd[0],STDIN_FILENO); //將標準輸入重定向到管道讀端if(as == -1){perror("dup2");exit(1);}close(fd[0]); //只是關了fd[0]，不關也可以，進程結束會自動關閉execlp("wc","wc","-l",NULL); //該命令從標準輸入讀取文本}else {close(fd[0]);int as = dup2(fd[1],STDOUT_FILENO); //將標準輸出重定向到管道寫端if(as == -1){perror("dup2");exit(1);}execlp("ls","ls",NULL); ///該命令結果會寫到標準輸出}return 0; }

[root@localhost pipe]# ./pip

14???????????????????? ?//可見，跟ls | wc –l的結果一樣

注意，上述程序并沒有考慮到子進程的回收問題，如果父進程比子進程先結束，子進程會被init進程回收；后結束，子進程會先變為僵尸進程，等父進程結束了，再被init進程回收。

ls命令正常會將結果集寫出到stdout，但現在會寫入管道的寫端；wc –l 正常應該從stdin讀取數據，但此時會從管道的讀端讀。

也有可能會出現這種情況：程序執行，發現程序執行結束，shell還在阻塞等待用戶輸入。這是因為，shell → fork → ./pipe1，程序pipe1的子進程將stdin重定向給管道，父進程執行的ls會將結果集通過管道寫給子進程。若父進程在子進程打印wc的結果到屏幕之前被shell調用wait回收，shell就會先輸出$提示符。

練習3：使用管道實現兄弟進程間通信。兄：ls? 弟： wc -l? 父：等待回收子進程。要求，使用“循環創建N個子進程”模型創建兄弟進程，使用循環因子i標示。注意管道讀寫行為。

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/types.h>int main(void) {int i,ret,fd1;int n=2;int fd[2];ret = pipe(fd);if(ret == -1){perror("pipe");exit(1);}for(i=0;i<n;i++){fd1 = fork( );if(fd1 == -1){perror("fork");exit(1);}else if(fd1 == 0)break;}if(i == n){close(fd[0]);close(fd[1]); //特別強調，父進程不用管道，必須要關掉，否則運行出錯（為了維護管道的單向通信）int status;do {pid_t pid=waitpid(-1,&status,0);if(pid > 0)n--;if(pid == -1){perror("waitpid");exit(1);}if(WIFEXITED(status))printf("the child process of exit with %d\n",WEXITSTATUS(status));else if(WIFSIGNALED(status))printf("the child process was killed by %dth signal\n",WTERMSIG(status));}while(n>0);}else if(i == 1) {close(fd[1]);int as = dup2(fd[0],STDIN_FILENO);if(as == -1){perror("dup2");exit(1);}close(fd[0]);execlp("wc","wc","-l",NULL);}else {close(fd[0]);int as = dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);if(as == -1){perror("dup2");exit(1);}execlp("ls","ls",NULL);}return 0; }

[root@localhost pipe]# ./pip

the child process of exit with 0

強調一點：在使用管道傳遞數據之前，不用的管道讀或寫端都必須要關閉，這是為了維護管道的正常運行（單向通信）。

測試：是否允許，一個pipe有一個寫端，多個讀端呢？是否允許有一個讀端多個寫端呢？

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/wait.h> #include <string.h> #include <stdlib.h>int main(void) {pid_t pid;int fd[2], i, n;char buf[1024];int ret = pipe(fd);if(ret == -1){perror("pipe error");exit(1);}for(i = 0; i < 2; i++){if((pid = fork()) == 0)break;else if(pid == -1){perror("pipe error");exit(1);}}if (i == 0) {close(fd[0]);write(fd[1], "1.hello\n", strlen("1.hello\n"));} else if(i == 1) {close(fd[0]);write(fd[1], "2.world\n", strlen("2.world\n"));} else {close(fd[1]); //父進程關閉寫端,留讀端讀取數據 //sleep(1); //這條語句是很關鍵的n = read(fd[0], buf, 1024); //從管道中讀數據write(STDOUT_FILENO, buf, n);for(i = 0; i < 2; i++) //兩個兒子wait兩次wait(NULL);}return 0; }

如果父進程不睡眠：