关于pipe管道的读写端关闭问题

知识概述

　　通过pipe在内核中创建一个文件，然后可以实现两个进程通信

管道是一种最基本的IPC机制，由 pipe 函数创建：

#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);

调用 pipe 函数时在内核中开辟一块缓冲区（称为管道）用于通信，它有一个读端一个写端，然后通过 filedes 参数传出给用户程序两个文件描述符，

filedes[0] 指向管道的读端， filedes[1] 指向管道的写端（很好记，就像0是标准输入1是标准输出一样）。所以管道在用户程序看起来就像一个打开的文件，

通过 read(filedes[0]); 或者 write(filedes[1]); 向这个文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。 pipe 函数调用成功返回0，调用失败返回-1。

开辟了管道之后如何实现两个进程间的通信呢？比如可以按下面的步骤通信。

1. 父进程调用 pipe 开辟管道，得到两个文件描述符指向管道的两端。
2. 父进程调用 fork 创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。

3. 父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以往管道里写，子进程可以从管道里读，
管道是用环形队列实现的，数据从写端流入从读端流出，这样就实现了进程间通信。

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define MAXLINE 80
int main(void)
{
    int n;
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char line[MAXLINE];
    if (pipe(fd) < 0) {
    perror("pipe");
    exit(1);
    }
    if ((pid = fork()) < 0) {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    if (pid > 0) { /* parent */
        close(fd[0]);
        write(fd[1], "hello world
", 12);
        wait(NULL);
    } 
    else { /* child */
        close(fd[1]);
        n = read(fd[0], line, MAXLINE);
        write(STDOUT_FILENO, line, n);
    }
    return 0;
}    

问题

父进程只用到写端，因而把读端关闭，子进程只用到读端，因而把写端关闭，然后互相通信，不使用的读端或写端必须关闭，请读者想一想如果不关闭会有什么问题。

思考

1. 如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端的引用计数等于0），
而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，
再次 read 会返回0，就像读到文件末尾一样。

2. 如果有指向管道写端的文件描述符没关闭（管道写端的引用计数大于0），
而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据，
那么管道中剩余的数据都被读取后，再次 read 会阻塞，
直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。

 考虑到如下代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main(void)
{
    int n;
    char buff[128];
    pid_t pid;
    int fd[2];

    if(pipe(fd)<0)    {
        perror("pipe");
        exit(0);
    }
    
    if((pid=fork())<0)
    {
        perror("fork");
        exit(0);
    }
    
    if(pid>0)
    {
        /* parent */    
        printf("+++++++++++++
");
        close(fd[0]);        
        write(fd[1],"hello world",11);
        //sleep(5);
        //write(fd[1],"I am a Student",14);
        printf("+++++++++++++
");
    }
    else
    {
        printf("--------------
");
        //close(fd[1]);
        memset(buff,0,128);
        n = read(fd[0],buff,20);
        printf("buff=%s
",buff);
        memset(buff,0,128);
        printf("read twice
");
        n = read(fd[0],buff,20);
        printf("buff=%s
",buff);
        printf("--------------
");
    }
    return 0;
}

父进程关闭了读端口，通过写端口向pipe中写入了hello world。然后父进程结束。关闭相关文件（读写）描述符

　　子进程在关闭写端口的时候，父进程结束时候，写文件描述符引用计数为0。所以子进程再次读取后返回0。子进程结束退出。

　　子进程在不关闭写端口的时候，父进程结束时候，写文件描述符引用计数为1（自己的没关闭）。所以子进程再次读取时候陷入阻塞状态。

　　因为父进程是在SHELL下执行的。所以当父进程结束时候，Shell进程认为命令执行结束了，于是打印Shell提示符，而子进程等待读取输入。

父进程已经结束，不会给他输入数据，而子进程本身只是为了读取而不是向管道写数据。所以子进程一直在后台运行，通过ps命令可以查看到子进程信息。

　　所以，子进程只用到读端，因而把写端关闭。防止造成子进程做无用功。。。