管道的概念：
管道是一种最基本的IPC机制，作用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。调用pipe系统函数即可创建一个管道。有如下特质：
1. 其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)
2. 由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。
3. 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出。
管道的原理: 管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。
管道的局限性：
① 数据自己读不能自己写。
② 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。
③ 由于管道采用半双工通信方式。因此，数据只能在一个方向上流动。
④ 只能在有公共祖先的进程间使用管道。
常见的通信方式有，单工通信、半双工通信、全双工通信。
pipe函数
创建管道
int pipe(int pipefd[2]); 成功：0；失败：-1，设置errno函数调用成功返回r/w两个文件描述符。无需open，但需手动close。规定：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0对应标准输入，1对应标准输出一样。向管道文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。
管道创建成功以后，创建该管道的进程（父进程）同时掌握着管道的读端和写端。如何实现父子进程间通信呢？通常可以采用如下步骤：
- 父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的读端和写端。
- 父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。
- 父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。由于管道是利用环形队列实现的，数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信。
//父子进程使用管道通信，父写入字符串，子进程读出并，打印到屏幕。
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>
void sys_err(const char *str) //错误
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(void)
{
pid_t pid;
char buf[1024];
int fd[2];
char *p = "test for pipe\n";
if (pipe(fd) == -1)
sys_err("pipe");
pid = fork(); //创建子进程
if (pid < 0) //错误
{
sys_err("fork err");
}
else if (pid == 0) //子进程
{
close(fd[1]);
int len = read(fd[0], buf, sizeof(buf));
write(STDOUT_FILENO, buf, len);
close(fd[0]);
} else 父进程
{
close(fd[0]);
write(fd[1], p, strlen(p));
wait(NULL);
close(fd[1]);
}
return 0;
}管道的读写行为
使用管道需要注意以下4种特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志）：- 如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端引用计数为0），而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。
- 如果有指向管道写端的文件描述符没关闭（管道写端引用计数大于0），而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。
- 如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道读端引用计数为0），这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。当然也可以对SIGPIPE信号实施捕捉，不终止进程。具体方法信号章节详细介绍。
- 如果有指向管道读端的文件描述符没关闭（管道读端引用计数大于0），而持有管道读端的进程也没有从管道中读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，直到管道中有空位置了才写入数据并返回。
总结：
① 读管道：
- 管道中有数据，read返回实际读到的字节数。
- 管道中无数据：
(1) 管道写端被全部关闭，read返回0 (好像读到文件结尾)
(2) 写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)
② 写管道： 1. 管道读端全部被关闭， 进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止)
- 管道读端没有全部关闭：
(1) 管道已满，write阻塞。
(2) 管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。
从管道中读数据
如果某个进程要读取管道中的数据，那么该进程应当关闭fd[1]，同时向管道写数据的进程应当关闭fd[0]。因为管道只能用于具有亲缘关系的进程间的通信，在各个程进行通信时，
他们共享文件描述符。在使用前，应及时地关闭不需要的管道的另一端，以避免意外错误的发生。
进程在管道的读端读数据时，如果管道的写端不存在，则读进程认为已经读到了数据的末尾，读函数返回读出的字节数为0；管道的写端如果存在，且请求读取的字节数大于
PIPE_BUF，则返回管道中现有的所有数据；如果请求的字节数不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的所有数据（此时，管道中数据量小于请求的数据量），或者返回请求的
字节数（此时，管道中数据量大于等于请求的数据量）。
注意：PIPE_BUF在/usr/include/linux/limits.h中定义，不同的内核版本可能会有所不同。
实验
管道的一般用法是，进程在使用fork函数创建子进程前先创建一个管道，该管道用于在父子进程间通信，然后创建子进程，
之后父进程关闭管道的读端，子进程关闭管道的写端。父进程负责向管道写数据而子进程负责读数据。当然父进程可以关闭管道的写端而子进程关闭管道的读端。
这样管道就可以用于父子进程间的通信，也可以用于兄弟进程间的通信。
//无名管道读数据
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
int n;
int fd[2];
int count = 0;
char buf[100] = {0};
if(pipe(fd) < 0) //错误
{
perror("Fail to create pipe");
exit(EXIT_FAILURE);
}
close(fd[1]); //关闭写
if((n = read(fd[0],buf,sizeof(buf))) < 0)
{
perror("Fail to read pipe");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Rread %d bytes : %s.\n",n,buf);
return 0;
}向管道写数据
如果某进程希望向管道中写入数据，那么该进程应当关闭fd[0]文件描述符，同时管道另一端的进程关闭fd[1]。向管道中写入数据时，linux不保证写入的原子性（原子性是指操作在
任何时候都不能被任何原因所打断，操作要么不做要么就一定完成）。管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么
写操作将一直被阻塞等待。
在写管道时，如果要求写的字节数小于等于PIPE_BUF，则多个进程对同一管道的写操作不会交错进行。但是，如果有多个进程同时写一个管道，而且某些进程要求写入的字节数超过
PIPE_BUF所能容纳时，则多个写操作的数据可能会交错。
/*********************
project： 无名管道的读写
写入管道由getchar输入
读管道由printf打印输出
**********************/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
//进程读函数
void read_data(int *);
//进程写函数
void write_data(int *);
int main(int argc,char *argv[])
{
int pipes[2],rc;//pipe[0]读管道，pipe[1]写入管道道
pid_t pid;
rc = pipe(pipes); //创建管道
if(rc == -1){
perror("\npipes\n");
exit(1);
}
pid = fork(); //创建进程
switch(pid){
case -1:
perror("\nfork\n");
exit(1);
case 0: //子进程
read_data(pipes); //相同的pipes，父进程写，子进程读，pid为0子进程
default: //父进程
write_data(pipes); //相同的pipes，父进程写，子进程读，pid为子进程号是父进程
}
return 0;
}
//进程读函数
void read_data(int pipes[])
{
int c,rc;
//由于此函数只负责读，因此将写描述关闭(资源宝贵)
close(pipes[1]);
//阻塞，等待从管道读取数据
//int 转为 unsiged char 输出到终端
while( (rc = read(pipes[0],&c,1)) > 0 ){
putchar(c);
}
exit(0);
}
//进程写函数
void write_data(int pipes[])
{
int c,rc;
//关闭读描述字
close(pipes[0]);
while( (c=getchar()) > 0 ){
rc = write( pipes[1], &c, 1); //写入管道
if( rc == -1 ){
perror("Parent: write");
close(pipes[1]);
exit(1);
}
}
close( pipes[1] );
exit(0);
}注意：
只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。否则，向管道写入数据的进程将收到内核传来的SIGPIPE信号。应用程序可以处理也可以忽略该信号，如果忽略该信号或者
从其处理程序返回，则write出错，错误码为EPIPE。
必须在系统调用fork之前调用pipe，否则子进程将不会继承管道的文件描述符。
