linux - 使用 Linux pipe() 的进程编程模型

Question

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

The pipe() function shall create a pipe and place two file descriptors, one each into the arguments fildes[0] and fildes[1], that refer to the open file descriptions for the read and write ends of the pipe.

有一个父进程向其子​​进程写入数据的例子:

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);
}

1. 我想知道使用管道与 child 通信的 parent 如何确保 child 不会在 parent 运行 write 之前运行 read()，而 child parent 还没写完就读完了？

2. 我想知道在父级中创建的管道是否可以用于 parent 和 child 之间的双向沟通​​，或者只是一种方式 parent 对 child 不是另一种方式吗？

   如果子进程可以通过管道向父进程发送数据，那么程序长什么样子？

3. 管道是否像真正的管道一样有两端。菲尔德斯 [0] 和菲尔德斯 [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)， parent 还是 child ？

谢谢和问候!

Answer 1

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。
2. 不，管道不是双工的。如果你想要双向通信，你应该制作两个管道(总共会给你四个文件描述符)。 fildes[0] 始终是读取(输出)端，fildes[1] 是写入(输入)结束。所以你完全按照你所做的那样设置一个管道(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(你让家长保留阅读端，给 child 写端)。
3. fildes[0] 和 fildes[1] 确实代表管道的末端，但它们不可互换。一个用于将数据“放入”管道，另一个用于从管道“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:

1. 任何进程都可以调用pipe()，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，它们通过多次 fork() 调用存活下来。因此，如果您愿意，您可以编写一个程序，将文件描述符提供给孙子、曾孙等。
2. 当然，两个兄弟进程可以这样通信。父级调用 pipe() 来创建对(如果需要双向通信，则为两对)，然后 fork 两次。然后，您可以让一个 child 使用 fildes[0]，让另一个 child 使用 fildes[1]。父级不应使用任何文件描述符。瞧!具有共同 parent 的 child 之间的交流。这个简单(尽管可能不直观)的功能非常强大。这看起来类似于下面的示例。
3. 将 fork() 想象成一台克隆机。在进入克隆机之前，您使用 pipe() 制作一对使用特殊 secret 频率的匹配对讲机。一个只能传输；另一个只能接收。当你使用克隆机时，你会出现两个副本(原始的，即 parent ，和克隆的，即 child )。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(但反之则不行)。
   
   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)，而是它是在 fork()。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)不是克隆机功能的特定方面或对讲机。
   
   相反，它取决于最终实际使用哪些端点的人，这完全由您控制。如果你愿意，你可以让 child 关闭两个端点(摧毁两个对讲机)，这样 parent 就可以自言自语了(这很愚蠢，可能没有用，但可能) .我意识到这有点离题，但我正在尝试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。

兄弟进程与管道(单向)对话的示例:

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