一、管道的概念
管道是一種兩個進程間進行單向通信的機制。 管道是一種最基本的IPC機制，作用於有血緣關系的進程之間，完成數據傳遞。調用pipe系統函數即可創建一個管道。管道又分為匿名管道和命名管道。管道有如下特質：
（1）其本質是一個偽文件(實為內核緩沖區)
（2） 由兩個文件描述符引用，一個表示讀端，一個表示寫端。
（3） 規定數據從管道的寫端流入管道，從讀端流出。
匿名管道的特征：
（1）只能進行單向通信；
（2）只適用於有血緣關系之間的進程；
（3）自帶同步基質；
（4）在進行通信時面向字節流服務；
（5）生命進程隨周期。
管道的原理: 管道實為內核使用環形隊列機制，借助內核緩沖區(4k)實現。
因為管道傳遞數據的單向性，管道又稱為半雙工管道。管道的這一特點決定了器使用的局限性。
管道的局限性：
① 數據自己讀不能自己寫。
② 數據一旦被讀走，便不在管道中存在，不可反復讀取。
③ 由於管道采用半雙工通信方式。因此，數據只能在一個方向上流動。
④ 只能在有公共祖先的進程間使用管道。
常見的通信方式有，單工通信、半雙工通信、全雙工通信。
pipe函數
創建管道
int pipe(int pipefd[2]); 成功：0；失敗：-1，設置errno
函數調用成功返回r/w兩個文件描述符。無需open，但需手動close。規定：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0對應標准輸入，1對應標准輸出一樣。向管道文件讀寫數據其實是在讀寫內核緩沖區。
管道創建成功以后，創建該管道的進程（父進程）同時掌握着管道的讀端和寫端。如何實現父子進程間通信呢？通常可以采用如下步驟：
1. 父進程調用pipe函數創建管道，得到兩個文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的讀端和寫端。
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。父進程可以向管道中寫入數據，子進程將管道中的數據讀出。由於管道是利用環形隊列實現的，數據從寫端流入管道，從讀端流出，這樣就實現了進程間通信。
使用管道需要注意以下4種特殊情況（假設都是阻塞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。
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於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並返回。
總結：
① 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：
(1) 管道寫端被全部關閉，read返回0 (好像讀到文件結尾)
(2) 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)
② 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：
(1) 管道已滿，write阻塞。
(2) 管道未滿，write將數據寫入，並返回實際寫入的字節數。
命名管道（FIFO）:
FIFO不同於管道之處在於它提供一個路徑名與之關聯，以FIFO的文件形式存儲於文件系統中。命名管道是一個設備文件，因此，即使進程與創建FIFO的進程不存在親緣關系，只要可以訪問該路徑，就能夠通過FIFO相互通信。值得注意的是，FIFO(first input first output)總是按照先進先出的原則工作，第一個被寫入的數據將首先從管道中讀出。
命名管道是通過網絡來完成進程之間的通信的，命名管道依賴於底層網絡接口，其中包括有 DNS 服務，TCP/IP 協
議 等等機制，但是其屏蔽了底層的網絡協議細節。
命名管道的創建與讀寫
Linux下有兩種⽅式創建命名管道。一是在Shell下交互地建立一個命名管道，一是在程序中使用系統函數建立命名管
道。Shell方式下可使用mknod或mkfifo命令，下面命令使用mknod創建了一個命名管道：
mknod namedpipe
創建命名管道的系統函數有兩個：mknod和mkfifo。兩個函數均定義在頭文件sys/stat.h，
函數原型如下
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mknod(const char *path,mode_t mod,dev_t dev);
int mkfifo(const char *path,mode_t mode);
函數mknod參數中path為創建的命名管道的全路徑名：mod為創建的命名管道的模式，指明其存取權限；dev為設
備值，該值取決於文件創建的種類，它只在創建設備文件時才會用到。這兩個函數調用成功都返回0，失敗都返回
－1。
我們可以使用兩下函數之一來創建一個命名管道，他們的原型如下：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);
int mknod(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t)0);
這兩個函數都能創建一個FIFO文件，注意是創建一個真實存在於文件系統中的文件，filename指定了文件名，
而mode則指定了文件的讀寫權限。mknod是比較老的函數，而使用mkfifo函數更加簡單和規范，所以建議在可能的
情況下，盡量使用mkfifo而不是mknod。
mkfifo函數的作用是在文件系統中創建一個文件，該文件用於提供FIFO功能，即命名管道。前邊講的那些管道都沒有
名字，因此它們被稱為匿名管道，或簡稱管道。對文件系統來說，匿名管道是不可見的，它的作用僅限於在父進程和
子進程兩個進程間進行通信。而命名管道是一個可見的文件，因此，它可以用於任何兩個進程之間的通信，不管這兩
個進程是不是父子進程，也不管這兩個進程之間有沒有關系。
下面就用一個例子程序來說明一下，兩個進程如何通過FIFO實現通信吧。這里有兩個源文件，一個fifo write.c，它在需要時創建管道，然后向管道寫入數據,數據由文件Data.txt提供，大小為10M，內容全是字符‘0’。另一個源文件為fifo read.c，它從FIFO中讀取數據，並把讀到的數據保存到另一個文件DataFormFIFO.txt中。為了讓程序更加簡潔，忽略了有些函數調用是否成功的檢查。