詳解linux進程間通信-管道 popen函數 dup2函數

　　前言：進程之間交換信息的唯一方法是經由f o r k或e x e c傳送打開文件，或通過文件系統。本章將說明進程之間相互通信的其他技術—I P C（InterProcess Communication）。今天將介紹半雙工的管道。

　　一、匿名管道

　　1、匿名管道介紹：

　　 管道有兩種限制；
　　(1) 它們是半雙工的。數據只能在一個方向上流動。
　　(2)它們只能在具有公共祖先的進程之間使用。通常，一個管道由一個進程創建，然後該進程調用f o r k，此後父、子進程之間就可應用該管道。 

　　管道是由調用p i p e函數而創建的:
　　#include <unistd.h>
　　int pipe(intf i l e d e s [ 2 ]) ;
　　返回：若成功則為0，若出錯則為 - 1

　　經由參數f i l e d e s返回兩個文件描述符： f i l e d e s [ 0 ]為讀而打開， f i l e d e s [ 1 ]為寫而打開。 f i l e d e s [ 1 ]
的輸出是f i l e d e s [ 0 ]的輸入。

　　程式1- 1創建了一個從父進程到子進程的管道，並且父進程經由該管道向子進程傳送數據。

#include "my.h"

int main()
{
    int pfd[2],ret;
    ret = pipe(pfd);//創建管道
    if(ret<0)
    {   
        perror("pipe error!");
        exit(-1);
    }   
    pid_t pid = fork();
    if(pid<0)
    {   
        perror("fork error!");
        exit(-1);
    }   
    else if(pid>0)//父進程
    {   
        close(pfd[0]);
        int num;
        puts("please input your num:");
        scanf("%d",&num);
        write(pfd[1],&num,sizeof(num));
        //wait(NULL);
    }   
    else //子進程
    {   
        close(pfd[1]);
        int num;
        read(pfd[0],&num,sizeof(num));
        printf("num:%d\n",num);
    }
    return 0;
}

　　註：頭文件my.h見這篇博客：http://www.cnblogs.com/liudw-0215/p/8946879.html 

　　運行示例，如下圖：

　　接下來介紹幾個跟管道有關的函數。

　　2、dup和d u p 2函數　　

　　下麵兩個函數都可用來複制一個現存的文件描述符：

　　#include <unistd.h>

　　int dup(intf i l e d es) ;
　　int dup2(int f i l e d e s, int f i l e d e s 2) ;
　　兩函數的返回：若成功為新的文件描述符，若出錯為- 1
　　由d u p返回的新文件描述符一定是當前可用文件描述符中的最小數值。用 d u p 2則可以用f i l e d e s 2
　　參數指定新描述符的數值。如果 f i l e d e s 2已經打開，則先將其關閉。如若f i l e d e s等於f i l e d e s 2，則
　　d u p 2返回f i l e d e s 2，而不關閉它。

　　優化程式1-1，程式1-2如下：

#include "my.h"

int main()
{
    int pfd[2],ret;
    ret = pipe(pfd);
    if(ret<0)
    {   
        perror("pipe error!");
        exit(-1);
    }   
    pid_t pid = fork();
    if(pid<0)
    {   
        perror("fork error!");
        exit(-1);
    }   
    else if(pid>0)
    {   
        close(pfd[0]);
        int num;
        puts("please input your num:");
        scanf("%d",&num);
        write(pfd[1],&num,sizeof(num));
        wait(NULL);
    }   
    else
    {   
        close(pfd[1]);
        dup2(pfd[0],STDIN_FILENO);//pfd[0]複製到標準輸入
        int num;
        read(STDIN_FILENO,&num,sizeof(num));
        printf("num:%d\n",num);
    }
    return 0;
}

3、popen和p c l o s e函數　　

　因為常見的操作是創建一個連接到另一個進程的管道，然後讀其輸出或向其發送輸入，所

以標準I / O庫為實現這些操作提供了兩個函數 p o p e n和p c l o s e。這兩個函數實現的操作是：創建
一個管道， f o r k一個子進程，關閉管道的不使用端， e x e c一個s h e l l以執行命令，等待命令終止。
　　#include <stdio.h>
　　FILE *popen(const char * c m d s t r i n g, const char * t y p e) ;
　　返回：若成功則為文件指針，若出錯則為 N U L L
　　
　　int pclose(FILE * f p) ;
　　返回： c m d s t r i n g的終止狀態，若出錯則為 - 1
　　函數popen 先執行f o r k，然後調用e x e c以執行c m d s t r i n g，並且返回一個標準 I / O文件指針。
　　如果t y p e是"r"，則文件指針連接到c m d s t r i n g的標準輸出。
　　如果t y p e 是"w",則文件指針連接到c m d s t r i n g 的標準輸入。

　　程式1-3將用popen函數實現下圖功能：

#include "my.h"

int main()
{
    int c;
    while((c = getchar()) != EOF)
    {   
        if(isupper(c))　　//是否有大寫
            c = tolower(c);　　//轉為小寫
        if(putchar(c) == EOF)
            puts("put error!");
        if(c == '\n')
            fflush(stdout);　　//刷新標準輸出
    }   
    exit(0);
}

---isupper.c---

#include "my.h"
#define MAXLINE 4096

int main()
{
    char line[MAXLINE];
    FILE *fpin;

    if((fpin = popen("./upper","r")) == NULL)
        perror("popen error!");

    for(;;){
        fputs("prompt > ",stdout);
        fflush(stdout);
        if(fgets(line,MAXLINE,fpin) == NULL)
            break;
        if(fputs(line,stdout) == EOF)
            perror("puts error!");    
    }   
    if(pclose(fpin) == -1) 
        perror("pclose error!");

    putchar('\n');
    return 0;

}

---popen.c---

　　運行演示如下圖：

　二、有名管道（命名管道）

　　1、簡介

　　命名管道有時被稱為FIFO。管道只能由相關進程使用，它們共同的祖先進程創建了管道。
但是，通過F I F O，不相關的進程也能交換數據。
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char * p a t h n a m e, mode_tm o d e) ;
返回：若成功則為0，若出錯則為 - 1
m k f i f o函數中m o de參數的規格說明與o p e n函數中的m o d e相同。
一旦已經用 m k f i f o創建了一個 F I F O，就可用 o p e n打開它。確實，一般的文件 I / O函數
（c l o s e、 r e a d、 w r i t e、 u n l i n k等）都可用於F I F O。

　　程式2-1演示有名管道通信，一個寫端、一個讀端：

#include "my.h"

typedef struct{
    char name[16];
    int age;
    double height;
}Person;

int main()
{
    mkfifo("pipe",0644);//創建管道 名字為pipe
    int fd = open("pipe",O_WRONLY);
    if(fd < 0)
    {   
        perror("open error!");
        exit(-1);    
    }   
    
    Person p;
    puts("please input your name,age,height:");
    scanf("%s%d%lf",p.name,&p.age,&p.height);
    write(fd,&p,sizeof(p));
    close(fd);

    return 0;
}
---fwrite.c---

#include "my.h"

typedef struct{
    char name[16];
    int age;
    double height;
}Person;

int main()
{
    int fd = open("pipe",O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {   
        perror("open error!");
        exit(-1);
    }   

    Person p;
    read(fd,&p,sizeof(p));
    printf("name:%-5sage:%-5dheight:%-5lf\n ",p.name,p.age,p.height);
    close(fd);
　　 unlink("pipe");//刪除管道文件

    return 0;

}
--- fread.c ---

　　運行演示：先編譯fwrite.c生成w可執行用戶，./w執行，再編譯fread.c然後執行，寫端輸入數據，讀端輸出數據：

總結：主要介紹了進程間通信的管道，主要分為匿名管道和有名管道，還介紹了popen等函數