创建两个管道时C程序执行冻结，求问题原因及解决方法

问题描述 #

尝试实现父子进程间双向通信，编写了如下C代码：

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

int main(){
    printf("Program started.");
    int p1[2]; // CHILD => PARENT
    int p2[2]; // PARENT => CHILD

    if (pipe(p1) < 0) {return -1;}
    if (pipe(p2) < 0) {return -1;}

    int pid = fork();
    if (pid == -1) {return -2;}
    if (pid == 0)
    {//child process
        close(p1[0]);
        close(p2[1]);

        int x;
        if (read(p2[0], &x, sizeof(x)) == -1) {return 3;}
        printf("Recieved %d\n", x);
        x *= x;
        if (write(p1[1], &x, sizeof(x)) == -1) {return 4;}
        printf("Wrote %d\n", x);

        close(p1[1]);
        close(p2[0]);
    }
    else
    {//parent process
        close(p1[1]);
        close(p2[0]);

        int y = 7;
        if (write(p2[1], &y, sizeof(y) == -1)) {return 5;}
        if (read(p1[0], &y, sizeof(y)) == -1) {return 6;}
        printf("Result is %d\n", y);

        close(p1[0]);
        close(p2[1]);

        wait(NULL);
    }
    return 0; 
}

代码在Linux Ubuntu系统下gcc编译成功，但运行时出现冻结，甚至第一条printf语句都未执行。若注释掉任意一条管道创建语句，程序可正常运行（虽无法完成双向通信，但不会冻结）。

错误分析 #

• write函数参数括号错误
  父进程中write的条件判断存在语法错误：

  if (write(p2[1], &y, sizeof(y) == -1)) {return 5;}
  

  这里sizeof(y) == -1被优先计算，由于sizeof(int)通常为4，4 == -1的结果为假（0），导致write的第三个参数实际是0——父进程尝试向管道写入0字节数据。此时子进程调用read(p2[0], &x, sizeof(x))会一直阻塞，因为它期望读取4字节但管道中无数据；同时父进程后续调用read(p1[0], &y, sizeof(y))也会阻塞，因为子进程未收到数据就不会向p1管道写入，最终导致父子进程互相阻塞，程序冻结。

• printf缓冲问题
  第一条printf("Program started.");没有换行符\n，标准输出默认是行缓冲模式，在程序正常结束前不会刷新缓冲区，所以即使程序未冻结，这条信息也无法立即显示。

修正后的代码 #

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

int main(){
    printf("Program started.\n"); // 添加换行符刷新缓冲区
    int p1[2]; // CHILD => PARENT
    int p2[2]; // PARENT => CHILD

    if (pipe(p1) < 0) {return -1;}
    if (pipe(p2) < 0) {return -1;}

    int pid = fork();
    if (pid == -1) {return -2;}
    if (pid == 0)
    {//child process
        close(p1[0]);
        close(p2[1]);

        int x;
        if (read(p2[0], &x, sizeof(x)) == -1) {return 3;}
        printf("Recieved %d\n", x);
        x *= x;
        if (write(p1[1], &x, sizeof(x)) == -1) {return 4;}
        printf("Wrote %d\n", x);

        close(p1[1]);
        close(p2[0]);
    }
    else
    {//parent process
        close(p1[1]);
        close(p2[0]);

        int y = 7;
        // 修正括号位置，正确判断write的返回值
        if (write(p2[1], &y, sizeof(y)) == -1) {return 5;}
        if (read(p1[0], &y, sizeof(y)) == -1) {return 6;}
        printf("Result is %d\n", y);

        close(p1[0]);
        close(p2[1]);

        wait(NULL);
    }
    return 0; 
}

运行结果 #

修正后程序运行会输出：

Program started.
Recieved 7
Wrote 49
Result is 49

内容的提问来源于stack exchange，提问作者kims9