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初识Linux · 匿名管道

爱谁谁

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发布时间:2025-06-21 08:28:27

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来源于php中文网

原创

前言:

在引入管道之前,我们先讨论一些关于进程通信的问题。

首先,为什么进程需要通信?进程具有独立性,但进程由内核数据结构和代码数据组成,进程通信是为了协同工作,协同的本质是通过数据流动实现的。因此,第二个问题是,进程如何进行通信?

进程间通过数据进行通信,A进程发送数据,B进程接收数据。那么,数据流通的平台是什么呢?此时,管道作为信息的载体,确保两个进程能够通信。对于进程间的通信,常见的方式有消息队列、共享内存、信号量,这些将在后续介绍。

使用管道进行通信可以直接复用内核代码,这不仅简化了操作,还降低了成本。

那么,管道究竟是什么呢?

两个进程要进行通信,必须访问同一份资源或同一块内存空间。因此,管道实际上是操作系统在堆区和栈区之间开辟的一块共享区资源。

管道分为匿名管道和命名管道。我们从匿名管道开始介绍,接下来会涉及进程池的小项目,最后介绍命名管道,这是我们介绍管道的顺序。那么,让我们直接进入主题吧!


为什么需要匿名管道?初识Linux · 匿名管道通过这张图,我们可以简单理解为什么需要管道。

假设有两个进程,A进程将文件输入到内核级文件缓冲区,然后数据通过操作系统到达磁盘,B进程通过read方法读取A进程write的数据,这个过程似乎没有问题。

但为什么我们不能直接让A进程的数据直接传给B进程呢?

这样做不需要重新设计一个通信端口,太麻烦了。我们可以通过fork函数和close函数实现这一功能:

int main(){    
    pid_t id = fork();    
    if(id == 0)    
    {        
        //子进程准备work...    
    }    
    //父进程准备work...            
    return 0;
}

在实现这一功能之前,我们需要了解管道通信的文件描述符是如何工作的?

初识Linux · 匿名管道先看一段代码:

#include 
#include 
#include 
using namespace std;
int main(){    
    pid_t id = fork();    
    if (id == 0)    
    {        
        std::cout 

我们思考一个现象,为什么父子进程默认都打印在文件描述符1上?

当进程启动时,默认打开三个流,但我们是否思考过为什么会这样?前文提到过历史原因的存在。当我们启动Linux机器时,bash进程已经启动,此时bash进程的三个流已经打开,我们后面启动的所有进程都是bash进程的子进程,子进程的三个流也默认打开了。那么,如果我们关闭子进程的0、1、2呢?

#include 
#include 
#include 
using namespace std;
int main(){    
    pid_t id = fork();    
    if (id == 0)    
    {        
        close(0);        
        close(1);        
        close(2);        
        std::cout 

初识Linux · 匿名管道现象是父进程可以正常打印,因此关闭文件描述符不会影响父进程。我们利用这一点可以实现管道单向通信的功能。为什么实现的是单向通信呢?因为如果是双向通信,父进程和子进程的数据都在管道中,读取时不经过一些操作肯定会出错,所以我们先简单看看单向通信。

为什么我们能得出结论是子进程能继承父进程的文件描述符表?为了实现单向管道通信,我们需要关闭文件描述符。


什么是管道?在实现管道时,我们需要用到的函数是pipe:

初识Linux · 匿名管道对于该函数,我们不使用那个结构体,而是使用int pipe(int pipefd[2])即可,结构体暂时先不管。对于pipefd[2],这是一个输出型参数,管道开辟成功后,fd[1]是管道的写入文件描述符,fd[0]是文件描述符的读端。

为什么管道称为匿名管道?因为我们获得该文件描述符甚至不需要文件名或文件路径,所以称为匿名管道。

初识Linux · 匿名管道这是创建管道的最开始状态,最后需要我们手动关闭几个文件描述符。至于为什么是单向的,为什么要关闭,是否可以不关闭等问题,这里不做讨论,因为上文已经介绍了。

我们今天的重点是放在如何实现上。

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本文档主要讲述的是Android架构基本知识;Android依赖Linux内核2.6来提供核心服务,比如进程管理、网络协议栈、硬件驱动。在这里,Linux内核作为硬件层和系统软件栈层之间的一个抽象层。这个操作系统并非类GNU/Linux的,因为其系统库,系统初始化和编程接口都和标准的Linux系统是有所不同的。 Android 包含一些C/C++库、媒体库、数据库引擎库等等,这些库能被Android系统中不同的组件使用,通过 Android 应用程序框架为开发者提供服务。希望本文档会给有需要的朋友带来帮助

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如何实现管道?通过前文的介绍,我们知道了基本操作是需要我们创建管道,使用pipe函数,创建好管道后,我们需要手动关闭两个文件描述符,因为子进程会继承父进程的文件描述符表,所以对于父进程来说,我们同样需要关闭对应的文件描述符表。

对于0和1是读还是写,我们结合形状吧,0是张开了嘴巴,所以是读取,1是另一个。

我们从三个部分开始,第一个是创建管道,第二个是子进程写入数据,第三个是父进程读取数据。

初识Linux · 匿名管道如果成功创建了管道,返回的就是0,如果不等于0我们就可以cerr了。

    int pipefd[2];    
    int n = pipe(pipefd);    
    if(n)    
    {        
        std::cerr 

创建管道部分,如果返回值不是0的话,也就是创建失败了,所以我们打印出具体的错误信息,使用到的是前面学习到的errno和strerror,一个是错误码,一个是错误码对应的字符串,然后打印出0和1对应的文件描述符,就算是管道创建成功了。

现在就是子进程的写入数据部分,我们写对应的代码之前,简单思考一下大体的写入思路是什么样的?

首先是创建子进程,创建之后,关闭不需要的fd,然后子进程开始work,对应的工作做完之后,关闭掉对应的文件描述符,然后子进程退出,父进程回收即可,这个过程文件描述符肯定都是要关闭的,因为管道这个内存是一个引用计数的空间,所以如果不关闭,导致的结果就是内存泄漏,毕竟是空间都没有释放。

整体代码为:

    //2.创建子进程    
    pid_t id = fork();    
    if(id == 0)    
    {        
        //子进程开始准备工作        
        std::cout 

然后就是子进程的subProcessWrite函数了:

std::string getOtherMessage(){    
    //消息次数    
    static int cnt = 0;    
    std::string message = std::to_string(cnt);    
    cnt++;    
    //子进程的pid    
    pid_t self_id  = getpid();    
    std::string stringpid = std::to_string(self_id);    
    std::string info = "messageid: ";    
    message += message;    
    message += " My pid is :";    
    message += stringpid;    
    return message;
}
void SubProcessWrite(int wfd){    
    int pipesize = 0;    
    std::string message = "Father,I am your son process! ";    
    char charactor = 'A';    
    while(true)    
    {        
        std::cout 

写入数据的同时通过cerr打印到显示器上,并且写入的时候我们通过函数GetOtherMessage获取到子进程的Pid和写入了多少次的字符串。

这是子进程的写入函数部分。

子进程写入完毕之后是父进程开始读取数据:

void ProcessFatherRead(int rfd){    
    char inbuffer[SIZE];    
    while(true)    
    {        
        //休眠一会儿开始读取        
        sleep(2);        
        std::cout 

父进程使用函数read,这里不妨温习一下read函数:

初识Linux · 匿名管道返回值是ssize_t,读取count个字符,读取到buf数组里面。

初识Linux · 匿名管道如果返回值是0,代表读取到了文件的末尾,如果返回的是-1代表read出错了,> 0的代表的是success。

然后是主函数的父进程开始读取数据部分函数,大体思路仍然先关闭掉不需要的文件描述符,读取完之后,需要等待子进程退出,为了收集子进程的退出信息,并且我们可以打印出来:

    //3.父进程开始读取     
    std::cout 

初识Linux · 匿名管道目前看来是正常写入,但是父进程是否读取到了我们并不知道,所以我们打算让子进程write到一定程度的时候break:

    while(true)    
    {        
        std::cout 

初识Linux · 匿名管道此时,子进程退出之后,子进程的状态成功变成了僵尸状态,我们将父进程的sleep时间缩短,准备让父进程进行回收子进程。

匿名管道的介绍到这里就结束了,后面等着二刷。

感谢阅读!

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