关于单一管道不能双向通信的理解

前言

本文关于Linux单一管道不能双向通信的理解基于这篇文章，解读其中的代码同时附带部分理解。

第一部分：管道通信不会阻塞的例子

我们先来看一看这段代码

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main(void)
{
	pid_t pid;
	int fp[2];
	int ret=pipe(fp);
	int i;
	char *s[5];
	char *t[5];
	s[0]="ls";
	s[1]="-l";
	s[2]=NULL;
	t[0]="wc";
	t[1]=NULL;
	for(i=0;i<2;i++)
	{   
		pid=fork();
		if(pid==-1)
		{   
			perror("pid error:");
			exit(1);
		}
		if(pid == 0){
			break;
		}
	}
	if(i == 0)
	{
		close(fp[0]);
		dup2(fp[1],STDOUT_FILENO);
		execvp(s[0],s);
	}
	else if(i == 1){
		close(fp[1]);
		dup2(fp[0],STDIN_FILENO);
		execvp(t[0],t);
	}
	int set;
	if(pid > 0){
		do{
			set = waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
		}while(set == 0);
	}
	return 0;
}

解读这段代码，可以知道它的作用是fork出两个子进程，其中一个子进程(称其为sub1)的管道读端关闭，而且sub1的标准输出从原先的指向tty(终端)变为指向管道写端，将输出的ls -l命令执行结果写入到管道缓冲区，另一个子进程(称其为sub2)的管道写端关闭，而且sub2的标准输入也从原先的指向tty(终端)变为指向管道读端，也就是说sub2的输入是从管道缓冲区读入的，执行wc命令统计上述ls -l执行结果的行数，单词数和字节数，将统计的结果输出到终端。

下面我画一幅图来详细描述这个过程。

这是fork返回时三个进程的文件描述符状态，子进程会继承父进程的文件描述符。

正如前文所说，sub1子进程的标准输出会指向管道写入端，同时关闭管道读端，将ls -l命令执行的结果输出到管道写端，写入管道缓冲区。sub1终止，sub1的文件描述符关闭。

注意此时父进程的do while循环打破了，因为waitpid返回了sub1的进程号，父进程这时也终止了，父进程的文件描述符自然就关闭了。子进程sub2读入ls -l的结果，作为wc的输入，因为此时写端没有文件描述符引用，所以sub2读操作不会阻塞。

第二部分：管道通信阻塞的例子

我们再看这段修改过的代码

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main(void)
{
	while(1)
	{
		pid_t pid;
		int fp[2];
		int ret=pipe(fp);
		int i;
		char *s[5];
		char *t[5];
		s[0]="ls";
		s[1]="-l";
		s[2]=NULL;
		t[0]="wc";
		t[1]=NULL;
		for(i=0;i<2;i++)
		{   
			pid=fork();
			if(pid==-1)
			{   
				perror("pid error:");
				exit(1);
			}
			if(pid == 0){
				break;
			}
		}
		if(i == 0)
		{
			close(fp[0]);
			dup2(fp[1],STDOUT_FILENO);
			execvp(s[0],s);
		}
		else if(i == 1){
			close(fp[1]);
			dup2(fp[0],STDIN_FILENO);
			execvp(t[0],t);
		}
		int set;
		if(pid > 0){
			do{
				set = waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
			}while(set == 0);
		}
	}
	return 0;
}

这段修改过的代码添加了一个while死循环，这意味着父进程不会终止，而且还会不断的fork子进程，非常的恐怖。如果运行了这段代码，可以使用kill命令终止父进程。

那么这段代码为什么会阻塞进程？请看下图

管道写端引用>0, Read读完管道缓冲区后，如果缓冲区内没有数据写入，会阻塞等待写入。当然类似sub2的wc子进程有很多，不止图中的一个。所以会造成如下情况。