摘要：管道是進(jìn)程間通信的一個(gè)基本途徑，進(jìn)程可以通過管道進(jìn)行信息傳輸；管道就像它的名字一樣，數(shù)據(jù)從它的一頭流向另一頭（當(dāng)然有的情況也可以從另一頭流向這一頭）。本文詳細(xì)而全部地介紹了UNIX/Linux或POSIX下的管道技術(shù)，并同時(shí)討論管道技術(shù)的一些典型應(yīng)用，使得對(duì)管道有個(gè)基本理解之后，對(duì)管道的應(yīng)用有更深刻的理解。
本站還包含另一篇有關(guān)管道的文章（Linux下進(jìn)程間通信：管道-pipe函數(shù)），這篇文章在網(wǎng)絡(luò)上傳播的很開，它是講述Linux管道的，但管道的基本要素是相通的，所以本文不會(huì)重復(fù)這篇文章的內(nèi)容，本文試圖更深入地討論管道的應(yīng)用。
管道中存在一些基本的使用知識(shí)，它在Linux下進(jìn)程間通信：管道-pipe函數(shù)中或多或少都有所討論，不過這里整理出來，以作備忘：
- 管道存在基本的通信限制，它只能用于有親緣關(guān)系的進(jìn)程，同時(shí)管道很多時(shí)候被認(rèn)為是半雙工的，即數(shù)據(jù)的流向是單向的。
- 管道的讀寫操作不是原子的，在讀寫操作的過程中可能被打斷。
- 管道存在于內(nèi)存之中，它有一個(gè)大小為PIPE_BUF的緩沖區(qū)，這個(gè)數(shù)值通常是操作系統(tǒng)的一個(gè)頁的大小。
- 向一個(gè)實(shí)管道（沒有讀端的管道）寫數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)SIGPIPE信號(hào)，應(yīng)用程序應(yīng)該處理這個(gè)信號(hào)。
- 管道只能被兩個(gè)進(jìn)程使用，一個(gè)寫，一個(gè)讀；如何一個(gè)管道有多個(gè)進(jìn)程寫或多個(gè)進(jìn)程讀，之后的讀寫函數(shù)將失敗，并設(shè)置相應(yīng)的errno。
- 管道與標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出聯(lián)合使用往往可以寫出具有簡(jiǎn)單易用的多進(jìn)程合作應(yīng)用，典型的應(yīng)用是協(xié)同進(jìn)程（或過濾進(jìn)程）。
popen與pclose函數(shù)
管道的應(yīng)用中，最常見的情形是，一個(gè)進(jìn)程從其它進(jìn)程讀取數(shù)據(jù)或者向其它進(jìn)程寫入數(shù)據(jù)；popen就是為了完成這一典型應(yīng)用而產(chǎn)生的。popen會(huì)把數(shù)據(jù)寫入給定程序的標(biāo)準(zhǔn)輸入，或者從給定程序的標(biāo)準(zhǔn)輸出中讀數(shù)據(jù)。pclose用于關(guān)閉popen創(chuàng)建的流。
popen與pclose的原型如下：
#include<stdio.h>
FILE* popen(const char* cmd, const char* mode)
返回：成功 —— 一個(gè)FILE流，失敗 —— NULL
int pclose(FILE* stream)
返回：成功 —— 0, 失敗 —— -1
下面像往常一樣需要分別介紹這兩個(gè)函數(shù)的參數(shù)了，如果只是想簡(jiǎn)單地使用這兩個(gè)函數(shù)，其時(shí)很簡(jiǎn)單的，可以與fopen、fclose進(jìn)行類比?？紤]一下，fopen需要的兩個(gè)參數(shù)，對(duì)應(yīng)于popen的兩個(gè)參數(shù)；fclose需要一個(gè)函數(shù)，對(duì)應(yīng)于pclose的一個(gè)參數(shù)。
- 參數(shù) cmd
- 參數(shù)cmd是一個(gè)命令，如果你對(duì)shell命令行比較熟悉，那么可以簡(jiǎn)單地理解與shell命令行輸入的命令完全相同。事實(shí)上，popen自己不是親自打開這個(gè)程序，它會(huì)調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)默認(rèn)的shell，然后通過這個(gè)shell去調(diào)用相應(yīng)的程序。通過shell調(diào)用的一個(gè)好處在于，被調(diào)用的程序可以使用shell提供的大量環(huán)境變量與支持，并使得程序的行為與在shell命令行中的行為相同或相似。然而正因?yàn)槿绱?，這個(gè)函數(shù)的行為可以在不同的系統(tǒng)中是不同的，甚至在相同的系統(tǒng)中，而系統(tǒng)shell不同也會(huì)引起這一變化。然而在UNIX系統(tǒng)中存在大量的這樣的使用實(shí)例，一個(gè)兼容shell可能不會(huì)引起多大問題，所以問題也并不是想象中那樣困難。
- 參數(shù) mode
- 這里的mode參數(shù)盡管是字符串形式的，但是它卻只能取兩個(gè)值，一值是"r"，另一個(gè)值"w"，前者表示讀，后者表示寫。也就是通過popen等到的FILE流只能是只讀或只寫，而不能是讀寫兩用的。這樣設(shè)計(jì)的原因很簡(jiǎn)單，是因?yàn)閜open返回的結(jié)果是FILE*，所以要想其它諸如fread的函數(shù)可以使用這個(gè)FILE*，則要求這個(gè)流必須是只讀或只寫的，如果讀寫的話則要求管道是全雙工的，并且假設(shè)需要打開的程序也假設(shè)這一點(diǎn)，這帶來很大的兼容性問題，目前管道典型使用都是半雙工的。
- 參數(shù) stream
- 如同fclose一樣，pclose當(dāng)然需要這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)來關(guān)閉相應(yīng)的流。這里要注意的是，盡管popen返回FILE*，但這個(gè)流不能使用fclose關(guān)閉，原因是兩者的操作可以很不相同，pclose可能需要多做一些清理工作。在APUE中就講到這樣的情況，它給出了一個(gè)popen與pclose的原型實(shí)現(xiàn)，上面就存在一個(gè)靜態(tài)數(shù)組，pclose需要清理這個(gè)靜態(tài)數(shù)組。
popen把一個(gè)流與一個(gè)進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出相關(guān)聯(lián)，如此可以實(shí)現(xiàn)很多應(yīng)用，過濾器就可以通過這種方式來實(shí)現(xiàn)。
協(xié)同進(jìn)程是一個(gè)進(jìn)程，與它相關(guān)的還存在另外一個(gè)進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程向協(xié)同進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸入寫數(shù)據(jù)，并從協(xié)同進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸出讀數(shù)據(jù)，這樣感覺協(xié)同進(jìn)程好像活在這個(gè)進(jìn)程里面，而協(xié)同進(jìn)程只是為了幫助這個(gè)進(jìn)程而存活的。協(xié)同進(jìn)程是兩個(gè)進(jìn)程合作的一種方式，這種方式被廣泛應(yīng)用，并被這些應(yīng)用證明具有廣泛的適應(yīng)性，以至于在有些腳本語言中在語言級(jí)支持協(xié)同進(jìn)程的概念，比如說Lua中的協(xié)程序。
協(xié)同進(jìn)程這種應(yīng)用方式可以通過雙管道來實(shí)現(xiàn)，在父進(jìn)程中創(chuàng)建兩個(gè)管道，然后在創(chuàng)建子進(jìn)程，并在子進(jìn)程或父進(jìn)程或兄弟進(jìn)程中選擇一個(gè)進(jìn)程當(dāng)作協(xié)同進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)協(xié)同進(jìn)程這種使用模式。
