详解linux进程间通信-管道 popen函数 dup2函数

　　前言：进程之间交换信息的唯一方法是经由f o r k或e x e c传送打开文件，或通过文件系统。本章将说明进程之间相互通信的其他技术—I P C（InterProcess Communication）。今天将介绍半双工的管道。

　　一、匿名管道

　　1、匿名管道介绍：

　　管道有两种限制；
　　(1) 它们是半双工的。数据只能在一个方向上流动。
　　(2)它们只能在具有公共祖先的进程之间使用。通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用f o r k，此后父、子进程之间就可应用该管道。

　　管道是由调用p i p e函数而创建的:
　　#include <unistd.h>
　　int pipe(intf i l e d e s [ 2 ]) ;
　　返回：若成功则为0，若出错则为 – 1

　　经由参数f i l e d e s返回两个文件描述符： f i l e d e s [ 0 ]为读而打开， f i l e d e s [ 1 ]为写而打开。 f i l e d e s [ 1 ]
的输出是f i l e d e s [ 0 ]的输入。

　　程序1- 1创建了一个从父进程到子进程的管道，并且父进程经由该管道向子进程传送数据。

#include "my.h"

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

　　注：头文件my.h见这篇博客：http://www.cnblogs.com/liudw-0215/p/8946879.html

　　运行示例，如下图：

　　接下来介绍几个跟管道有关的函数。

　　2、dup和d u p 2函数　　

　　下面两个函数都可用来复制一个现存的文件描述符：

　　#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) ;
　　两函数的返回：若成功为新的文件描述符，若出错为- 1
　　由d u p返回的新文件描述符一定是当前可用文件描述符中的最小数值。用 d u p 2则可以用f i l e d e s 2
　　参数指定新描述符的数值。如果 f i l e d e s 2已经打开，则先将其关闭。如若f i l e d e s等于f i l e d e s 2，则
　　d u p 2返回f i l e d e s 2，而不关闭它。

　　优化程序1-1，程序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]复制到标准输入
        int num;
        read(STDIN_FILENO,&num,sizeof(num));
        printf("num:%d\n",num);
    }
    return 0;
}

3、popen和p c l o s e函数　　

　因为常见的操作是创建一个连接到另一个进程的管道，然后读其输出或向其发送输入，所

以标准I / O库为实现这些操作提供了两个函数 p o p e n和p c l o s e。这两个函数实现的操作是：创建
一个管道， f o r k一个子进程，关闭管道的不使用端， e x e c一个s h e l l以执行命令，等待命令终止。
　　#include <stdio.h>
　　FILE *popen(const char * c m d s t r i n g, const char * t y p e) ;
　　返回：若成功则为文件指针，若出错则为 N U L L
　　
　　int pclose(FILE * f p) ;
　　返回： c m d s t r i n g的终止状态，若出错则为 – 1
　　函数popen 先执行f o r k，然后调用e x e c以执行c m d s t r i n g，并且返回一个标准 I / O文件指针。
　　如果t y p e是“r“，则文件指针连接到c m d s t r i n g的标准输出。
　　如果t y p e 是“w“,则文件指针连接到c m d s t r i n g 的标准输入。

　　程序1-3将用popen函数实现下图功能：

#include "my.h"

int main()
{
    int c;
    while((c = getchar()) != EOF)
    {   
        if(isupper(c))　　//是否有大写
            c = tolower(c);　　//转为小写
        if(putchar(c) == EOF)
            puts("put error!");
        if(c == '\n')
            fflush(stdout);　　//刷新标准输出
    }   
    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---

　　运行演示如下图：

　二、有名管道（命名管道）

　　1、简介

　　命名管道有时被称为FIFO。管道只能由相关进程使用，它们共同的祖先进程创建了管道。
但是，通过F I F O，不相关的进程也能交换数据。
#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：若成功则为0，若出错则为 – 1
m k f i f o函数中m o de参数的规格说明与o p e n函数中的m o d e相同。
一旦已经用 m k f i f o创建了一个 F I F O，就可用 o p e n打开它。确实，一般的文件 I / O函数
（c l o s e、 r e a d、 w r i t e、 u n l i n k等）都可用于F I F O。

　　程序2-1演示有名管道通信，一个写端、一个读端：

#include "my.h"

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

int main()
{
    mkfifo("pipe",0644);//创建管道 名字为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");//删除管道文件

    return 0;

}
--- fread.c ---