C pipe

De The Linux Craftsman
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Introduction

Un tube est un canal par lequel les informations circulent de manière uni-directionnel. Un processus écrit dans l'entrée du tube et un autre processus lit les informations en sortie.

Manipulation des tubes

Création

La première étape est la création d'un tube: 

#include <unistd.h>

int tube[2];

int pipe(int tube[2]);
  • tube[0] → contiendra le fichier descripteur de l'extrémité de lecture
  • tube[1] → contiendra le fichier descripteur de l'extrémité d'écriture
  • Le retour sera :
    • '0' si tout s'est bien passé
    • '1' si une erreur survient et errno est positionné

Écriture

Pour écrire dans un tube : 

#include <unistd.h>

ssize_t write(int tube[0], const void *message, size_t longueur);
  • tube[0] → le fichier descripteur de l'extrémité d'écriture
  • message → le message à écrire
  • longueur → la longueur du message
  • ssize_t → le nombre d'octets écrits

Lecture

Pour lire dans un tube : 

#include <unistd.h>

ssize_t read(int tube[1], void *message, size_t longueur);
  • tube[1] → le fichier descripteur de l'extrémité de lecture
  • message → un tableau de caractère qui contiendra le message à lire
  • longueur → la longueur du message à lire
  • ssize_t → le nombre d'octets lus

fermeture

Un fois la lecture terminé on ferme le tube: 

int close(int descripteur);
  • descripteur : une extrémité du tube

Utilisation dans un contexte d'exécution parallélisé

Utilisation uni-directionnel

Ci-dessous un exemple qui permet au père de communiquer avec ces fils: 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>

// Nombre total de thread
#define NB_FORK 2
// Taille du message
#define LENGTH_MSG 30
// Tableau contenant le message
char message[LENGTH_MSG] = "";

// Fonction exécutée dans le fork
void job(int * tube) {
	int tid = getpid();
	// timer pour attendre maximum 5 secondes
	int i = 5;
	while (i > 0) {
		// lecture dans le tube
		if (read(*tube, message, LENGTH_MSG) > 0) {
			printf("Message du processus [%i] : %s", tid, message);
			break;
		}
		sleep(1);
	}
}
// Fonction qui attend chacun des processus fils
void waitForAll() {
	int status;
	pid_t pid;
	int n = 0;
	while (n < NB_FORK) {
		pid = wait(&status);
		n++;
	}
}

int main() {
	for (int i = 0; i < NB_FORK; i++) {
		int tube[2];
		pipe(tube);
		pid_t pid = fork();
		if (pid == -1) {
			// Il y a une erreur
			perror("fork");
			return EXIT_FAILURE;
		} else if (pid == 0) {
			// On est dans le fils
			close(tube[1]);
			job(&tube[0]);
			close(tube[0]);
			exit(EXIT_SUCCESS);
		} else {
			// On est dans le père
			// Ecriture du message dans le tableau
			sprintf(message, "Fork [%i], je suis ton père !\n", pid);
			// Ecriture du message dans le tube
			write(tube[1], message, LENGTH_MSG);
			close(tube[0]);
			close(tube[1]);
		}
	}
	waitForAll();
	return EXIT_SUCCESS;
}

Utilisation bidirectionnel

Dans cette exemple, on créer une structure qui va contenir les deux tubes pour plus de facilité: 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>

// Structure avec des tubes full-duplex
typedef struct fdpipe {
	int father[2];
	int son[2];
} fdpipe;

// Nombre total de thread
#define NB_FORK 10
// Taille du message
#define LENGTH_MSG 50
// Tableau contenant le message
char message[LENGTH_MSG] = "";

// Fonction exécutée dans le fork
void job(fdpipe * pipes) {
	int tid = getpid();
	// timer pour attendre maximum 5 secondes
	int i = 5;
	while (i > 0) {
		// lecture dans le tube
		if (read((*pipes).father[0], message, LENGTH_MSG) > 0) {
			printf("Message du processus [%i] : %s\n", tid, message);
			// Ecriture du message dans le tableau
			sprintf(message, "je suis [%i] et j'ai bien reçu ton message !\n", tid);
			write((*pipes).son[1], message, LENGTH_MSG);
			break;
		}
		sleep(1);
	}
}
// Fonction qui attend chacun des processus fils
void waitForAll() {
	int status;
	pid_t pid;
	int n = 0;
	while (n < NB_FORK) {
		pid = wait(&status);
		n++;
	}
}

int main() {
	for (int i = 0; i < NB_FORK; i++) {
		fdpipe pipes;
		pipe(pipes.father);
		pipe(pipes.son);
		pid_t pid = fork();
		if (pid == -1) {
			// Il y a une erreur
			perror("fork");
			return EXIT_FAILURE;
		} else if (pid == 0) {
			// On est dans le fils
			close(pipes.father[1]);
			job(&pipes);
			close(pipes.father[0]);
			close(pipes.son[0]);
			close(pipes.son[1]);
			exit(EXIT_SUCCESS);
		} else {
			// On est dans le père
			// Ecriture du message dans le tableau
			sprintf(message, "Fork [%i], je suis ton père !\n", pid);
			// Ecriture du message dans le tube
			write(pipes.father[1], message, LENGTH_MSG);
			while (i > 0) {
				// lecture dans le tube
				if (read(pipes.son[0], message, LENGTH_MSG) > 0) {
					printf("Réponse du fils : %s\n", message);
					break;
				}
				sleep(1);
			}
			close(pipes.father[1]);
			close(pipes.father[0]);
			close(pipes.son[0]);
			close(pipes.son[1]);
		}
	}
	waitForAll();
	return EXIT_SUCCESS;
}

Ce qui nous donne le résultat suivant : 

Message du processus [18523] : Fork [18523], je suis ton père !
Réponse du fils : je suis [18523] et j'ai bien reçu ton message !
Message du processus [18522] : Fork [18522], je suis ton père !
Message du processus [18524] : Fork [18524], je suis ton père !
Réponse du fils : je suis [18524] et j'ai bien reçu ton message !
Message du processus [18525] : Fork [18525], je suis ton père !
Réponse du fils : je suis [18525] et j'ai bien reçu ton message !

Tube nommé

Fonctions utilisées

Il est possible de nommer un tube pour pouvoir y accéder depuis un autre processus. Pour ce faire nous allons utiliser les fonctions suivantes : 

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int mkfifo (const char* name, mode_t mode);
  • name est le nom du tube ;
  • mode correspond aux permission du tube (idem chmod) ;
  • le code retour de la fonction varie entre :
    • EACCES : droits insuffisants pour créer le tube ;
    • EEXIST : un tube de même nom existe déjà ;
    • ENAMETOOLONG : nom trop long ;
    • ENOENT : le chemin n'existe pas ;
    • ENOSPC : espace insuffisant sur le système de fichiers.
#include <fcntl.h>

int open (const char* name, int options);
  • name est le nom du tube ;
  • options permet de désigner l'extrémité du tube:
    • O_WRONLY: pour l'entrée ;
    • O_RDONLY: pour la sortie.
  • le retour est le descripteur pour la lecture ou l'écriture ou -1 en cas d'échec.

Exemple d'utilisation

Ci-dessous un exemple d'utilisation avec un thread qui lit dans un tube nommé:

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