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初识Linux · 匿名管道

爱谁谁

发布： 2025-06-21 08:28:27

原创

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前言：

在引入管道之前，我们先讨论一些关于进程通信的问题。

首先，为什么进程需要通信？进程具有独立性，但进程由内核数据结构和代码数据组成，进程通信是为了协同工作，协同的本质是通过数据流动实现的。因此，第二个问题是，进程如何进行通信？

进程间通过数据进行通信，A进程发送数据，B进程接收数据。那么，数据流通的平台是什么呢？此时，管道作为信息的载体，确保两个进程能够通信。对于进程间的通信，常见的方式有消息队列、共享内存、信号量，这些将在后续介绍。

使用管道进行通信可以直接复用内核代码，这不仅简化了操作，还降低了成本。

那么，管道究竟是什么呢？

两个进程要进行通信，必须访问同一份资源或同一块内存空间。因此，管道实际上是操作系统在堆区和栈区之间开辟的一块共享区资源。

管道分为匿名管道和命名管道。我们从匿名管道开始介绍，接下来会涉及进程池的小项目，最后介绍命名管道，这是我们介绍管道的顺序。那么，让我们直接进入主题吧！

为什么需要匿名管道？初识Linux · 匿名管道通过这张图，我们可以简单理解为什么需要管道。

假设有两个进程，A进程将文件输入到内核级文件缓冲区，然后数据通过操作系统到达磁盘，B进程通过read方法读取A进程write的数据，这个过程似乎没有问题。

但为什么我们不能直接让A进程的数据直接传给B进程呢？

这样做不需要重新设计一个通信端口，太麻烦了。我们可以通过fork函数和close函数实现这一功能：

int main(){    
    pid_t id = fork();    
    if(id == 0)    
    {        
        //子进程准备work...    
    }    
    //父进程准备work...            
    return 0;
}

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在实现这一功能之前，我们需要了解管道通信的文件描述符是如何工作的？

初识Linux · 匿名管道先看一段代码：

#include <iostream>
#include <sys>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main(){    
    pid_t id = fork();    
    if (id == 0)    
    {        
        std::cout

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我们思考一个现象，为什么父子进程默认都打印在文件描述符1上？

当进程启动时，默认打开三个流，但我们是否思考过为什么会这样？前文提到过历史原因的存在。当我们启动Linux机器时，bash进程已经启动，此时bash进程的三个流已经打开，我们后面启动的所有进程都是bash进程的子进程，子进程的三个流也默认打开了。那么，如果我们关闭子进程的0、1、2呢？

#include <iostream>
#include <sys>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main(){    
    pid_t id = fork();    
    if (id == 0)    
    {        
        close(0);        
        close(1);        
        close(2);        
        std::cout

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初识Linux · 匿名管道现象是父进程可以正常打印，因此关闭文件描述符不会影响父进程。我们利用这一点可以实现管道单向通信的功能。为什么实现的是单向通信呢？因为如果是双向通信，父进程和子进程的数据都在管道中，读取时不经过一些操作肯定会出错，所以我们先简单看看单向通信。

为什么我们能得出结论是子进程能继承父进程的文件描述符表？为了实现单向管道通信，我们需要关闭文件描述符。

什么是管道？在实现管道时，我们需要用到的函数是pipe：

初识Linux · 匿名管道对于该函数，我们不使用那个结构体，而是使用int pipe(int pipefd[2])即可，结构体暂时先不管。对于pipefd[2]，这是一个输出型参数，管道开辟成功后，fd[1]是管道的写入文件描述符，fd[0]是文件描述符的读端。

为什么管道称为匿名管道？因为我们获得该文件描述符甚至不需要文件名或文件路径，所以称为匿名管道。

初识Linux · 匿名管道这是创建管道的最开始状态，最后需要我们手动关闭几个文件描述符。至于为什么是单向的，为什么要关闭，是否可以不关闭等问题，这里不做讨论，因为上文已经介绍了。

我们今天的重点是放在如何实现上。

如何实现管道？通过前文的介绍，我们知道了基本操作是需要我们创建管道，使用pipe函数，创建好管道后，我们需要手动关闭两个文件描述符，因为子进程会继承父进程的文件描述符表，所以对于父进程来说，我们同样需要关闭对应的文件描述符表。

对于0和1是读还是写，我们结合形状吧，0是张开了嘴巴，所以是读取，1是另一个。

我们从三个部分开始，第一个是创建管道，第二个是子进程写入数据，第三个是父进程读取数据。

初识Linux · 匿名管道如果成功创建了管道，返回的就是0，如果不等于0我们就可以cerr了。

    int pipefd[2];    
    int n = pipe(pipefd);    
    if(n)    
    {        
        std::cerr

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创建管道部分，如果返回值不是0的话，也就是创建失败了，所以我们打印出具体的错误信息，使用到的是前面学习到的errno和strerror，一个是错误码，一个是错误码对应的字符串，然后打印出0和1对应的文件描述符，就算是管道创建成功了。

现在就是子进程的写入数据部分，我们写对应的代码之前，简单思考一下大体的写入思路是什么样的？

首先是创建子进程，创建之后，关闭不需要的fd，然后子进程开始work，对应的工作做完之后，关闭掉对应的文件描述符，然后子进程退出，父进程回收即可，这个过程文件描述符肯定都是要关闭的，因为管道这个内存是一个引用计数的空间，所以如果不关闭，导致的结果就是内存泄漏，毕竟是空间都没有释放。

整体代码为：

    //2.创建子进程    
    pid_t id = fork();    
    if(id == 0)    
    {        
        //子进程开始准备工作        
        std::cout

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然后就是子进程的subProcessWrite函数了：

std::string getOtherMessage(){    
    //消息次数    
    static int cnt = 0;    
    std::string message = std::to_string(cnt);    
    cnt++;    
    //子进程的pid    
    pid_t self_id  = getpid();    
    std::string stringpid = std::to_string(self_id);    
    std::string info = "messageid: ";    
    message += message;    
    message += " My pid is :";    
    message += stringpid;    
    return message;
}
void SubProcessWrite(int wfd){    
    int pipesize = 0;    
    std::string message = "Father,I am your son process! ";    
    char charactor = 'A';    
    while(true)    
    {        
        std::cout

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写入数据的同时通过cerr打印到显示器上，并且写入的时候我们通过函数GetOtherMessage获取到子进程的Pid和写入了多少次的字符串。

这是子进程的写入函数部分。

子进程写入完毕之后是父进程开始读取数据：

void ProcessFatherRead(int rfd){    
    char inbuffer[SIZE];    
    while(true)    
    {        
        //休眠一会儿开始读取        
        sleep(2);        
        std::cout

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父进程使用函数read，这里不妨温习一下read函数：

初识Linux · 匿名管道返回值是ssize_t，读取count个字符，读取到buf数组里面。

初识Linux · 匿名管道如果返回值是0，代表读取到了文件的末尾，如果返回的是-1代表read出错了，> 0的代表的是success。

然后是主函数的父进程开始读取数据部分函数，大体思路仍然先关闭掉不需要的文件描述符，读取完之后，需要等待子进程退出，为了收集子进程的退出信息，并且我们可以打印出来：

    //3.父进程开始读取     
    std::cout

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初识Linux · 匿名管道目前看来是正常写入，但是父进程是否读取到了我们并不知道，所以我们打算让子进程write到一定程度的时候break：

    while(true)    
    {        
        std::cout

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初识Linux · 匿名管道此时，子进程退出之后，子进程的状态成功变成了僵尸状态，我们将父进程的sleep时间缩短，准备让父进程进行回收子进程。

匿名管道的介绍到这里就结束了，后面等着二刷。

感谢阅读！

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