關於pipe管道的讀寫端關閉問題

 

 

 

 

知識概述

　　通過pipe在內核中創建一個文件，然后可以實現兩個進程通信

管道是一種最基本的IPC機制，由 pipe 函數創建：

#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);

 

調用 pipe 函數時在內核中開辟一塊緩沖區（稱為管道）用於通信，它有一個讀端一個寫端，然后通過 filedes 參數傳出給用戶程序兩個文件描述符，

filedes[0] 指向管道的讀端， filedes[1] 指向管道的寫端（很好記，就像0是標准輸入1是標准輸出一樣）。所以管道在用戶程序看起來就像一個打開的文件，

通過 read(filedes[0]); 或者 write(filedes[1]); 向這個文件讀寫數據其實是在讀寫內核緩沖區。 pipe 函數調用成功返回0，調用失敗返回-1。

 

開辟了管道之后如何實現兩個進程間的通信呢？比如可以按下面的步驟通信。

1. 父進程調用 pipe 開辟管道，得到兩個文件描述符指向管道的兩端。
2. 父進程調用 fork 創建子進程，那么子進程也有兩個文件描述符指向同一管道。

3. 父進程關閉管道讀端，子進程關閉管道寫端。父進程可以往管道里寫，子進程可以從管道里讀，
管道是用環形隊列實現的，數據從寫端流入從讀端流出，這樣就實現了進程間通信。

 

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define MAXLINE 80
int main(void)
{
    int n;
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char line[MAXLINE];
    if (pipe(fd) < 0) {
    perror("pipe");
    exit(1);
    }
    if ((pid = fork()) < 0) {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    if (pid > 0) { /* parent */
        close(fd[0]);
        write(fd[1], "hello world\n", 12);
        wait(NULL);
    } 
    else { /* child */
        close(fd[1]);
        n = read(fd[0], line, MAXLINE);
        write(STDOUT_FILENO, line, n);
    }
    return 0;
}    

 

問題

父進程只用到寫端，因而把讀端關閉，子進程只用到讀端，因而把寫端關閉，然后互相通信，不使用的讀端或寫端必須關閉，請讀者想一想如果不關閉會有什么問題。

思考

 

1. 如果所有指向管道寫端的文件描述符都關閉了（管道寫端的引用計數等於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（管道寫端的引用計數大於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並返回。

 

 考慮到如下代碼

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main(void)
{
    int n;
    char buff[128];
    pid_t pid;
    int fd[2];

    if(pipe(fd)<0)    {
        perror("pipe");
        exit(0);
    }
    
    if((pid=fork())<0)
    {
        perror("fork");
        exit(0);
    }
    
    if(pid>0)
    {
        /* parent */    
        printf("+++++++++++++\n");
        close(fd[0]);        
        write(fd[1],"hello world",11);
        //sleep(5);
        //write(fd[1],"I am a Student",14);
        printf("+++++++++++++\n");
    }
    else
    {
        printf("--------------\n");
        //close(fd[1]);
        memset(buff,0,128);
        n = read(fd[0],buff,20);
        printf("buff=%s\n",buff);
        memset(buff,0,128);
        printf("read twice\n");
        n = read(fd[0],buff,20);
        printf("buff=%s\n",buff);
        printf("--------------\n");
    }
    return 0;
}

父進程關閉了讀端口，通過寫端口向pipe中寫入了hello world。然后父進程結束。關閉相關文件（讀寫）描述符

　　子進程在關閉寫端口的時候，父進程結束時候，寫文件描述符引用計數為0。所以子進程再次讀取后返回0。子進程結束退出。

　　子進程在不關閉寫端口的時候，父進程結束時候，寫文件描述符引用計數為1（自己的沒關閉）。所以子進程再次讀取時候陷入阻塞狀態。

 

　　因為父進程是在SHELL下執行的。所以當父進程結束時候，Shell進程認為命令執行結束了，於是打印Shell提示符，而子進程等待讀取輸入。

父進程已經結束，不會給他輸入數據，而子進程本身只是為了讀取而不是向管道寫數據。所以子進程一直在后台運行，通過ps命令可以查看到子進程信息。

　　所以，子進程只用到讀端，因而把寫端關閉。防止造成子進程做無用功。。。