Linux——进程间通信（管道）

目录

1、进程间通信介绍

进程通信的目的

2、管道

什么是管道

3、匿名管道

用fork来共享管道原理

代码实例

匿名管道特点

匿名管道的读写规则

4、命名管道

创建一个命名管道

匿名管道与命名管道的区别

代码实例

1、进程间通信介绍

进程通信的目的

数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程

资源共享：多个进程之间共享同样的资源

通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。

进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态。

2、管道

什么是管道

管道式Unix中最古老的进程间通信的形式

我们把从一个进程到另一个进程的一个数据流称为一个“管道”

3、匿名管道

#include <unistd.h>

功能：创建一无名管道

原型

int pipe(int fd[2]);

参数

fd：文件描述符数组，其中fd[0]表示读端，fd[1]表示写端

返回值：成功返回0，失败返回错误代码

用fork来共享管道原理

父进程对于管道的读写打开之后，fork出子进程，子进程是对父进程内容的一份拷贝，因此子进程对于管道的通道也是打开的，这就使父进程与子进程通过管道连接在了一起。

这里的管道其实属于半双工通信（下面介绍特点会讲），因此只能让一端读，一端写，所以上图还有点小缺陷，这里我们选择父进程读，子进程写，改进后的图如下：

像这样有着亲子关系连接的管道就是匿名管道。

代码实例

  //实现父进程向子进程输入"i am father"
  1 #include <stdio.h>
  2 #include <unistd.h>                                                                                                                                                                                          
  3 #include <sys/wait.h>
  4 #include <stdlib.h>
  5 #include <string.h>
  6 #include <sys/types.h>
  7 
  8 int main()
  9 {
 10   int fd[2] = {0};
 11   if(pipe(fd) < 0)
 12   {
 13     perror("pipe");
 14     exit(-1);
 15   }
 16 
 17   pid_t id = fork();
 18   if (id == 0)
 19   {
 20     //child
 21     close(fd[1]); //子进程关闭写
 22   char buffer[64];
 23   while(1)
 24   {
 25     ssize_t s = read(fd[0], buffer, sizeof(buffer));
 26     if(s > 0)
 27     {
 28       buffer[s] = '\0';
 29       printf("father send to child: %s\n", buffer);
 30     }
 31     else if (s == 0)
 32     {
 33       printf("read file end!\n");
 34       break;
 35     }
 36     else 
 37     {
 38       printf("read error!\n");
 39       break;
 40     }
 41   }
 42   }
 43   //father
 44   close(fd[0]); //父进程关闭读
 45   const char* msg = "i am father";
 46   write(fd[1], msg, strlen(msg));
 47 
 48   waitpid(id, NULL, 0);
 49 
 50   return 0;
 51 }

匿名管道特点

智能用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进行通信；通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父、子进程之间就可应用该管道。

管道提供流式服务

一般而言，进程退出，管道释放，所以管道的生命周期随进程

一般而言，内核会对管道操作进行同步于互斥

管道式半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道

匿名管道的读写规则

1、当没有数据可读时

O_NONBLOCK disable：read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到由数据来到为止。

O_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。

2、当管道满的时候

O_NONBLOCK disable：write调用阻塞，直到有进程读走数据。

O_NONBLOCK enable：调用返回-1，errno值为EAGAIN。

3、如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0。

4、如果管道读端对应的描述文件符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE，进而可能导致write进程退出。

5、当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。

6、当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。

4、命名管道

管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先（具有亲缘关系）的进程间通信。

如果我们想在不相关的进程之间交换数据，可以使用FIFO文件来做这项工作，它经常被称为命名管道。

命名管道式一种特殊类型的文件。

创建一个命名管道

命名管道可以从命令行上创建，命令行方法是使用下面这个指令：

$ mkfifo filename

再用一段代码来测试一下命名管道的功能

可以看到，我们在第一个终端执行命令向fifo中写入，第二个终端执行cat命令从fifo中读取，这两个命令的进程是没有关系的

这里需要注意的是，如果先关闭了读进程，那么写就没有意义，写的进程会被直接kill掉。

命名管道也可以从程序里创建，相关的函数为：

int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);

创建命名管道：

int main(int argc, char *argv[])

{

        mkfifo("p2", 0644);

        return 0;

}

匿名管道与命名管道的区别

匿名管道由pipe函数创建并打开。

命名管道由mkfifo函数创建，打开用open。

FIFO与pipe之间唯一的区别在于它们创建与打开的方式不同，一旦这些工作完成之后，它们具有相同的语义。

代码实例

//comm.h
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define FILE_NAME "myfifo"

//server.c
#include "comm.h"

int main()
{
    if(mkfifo(FILE_NAME, 0644) < 0)
    {
        perror("myfifo");
        return 1;
    }

    int fd = open(FILE_NAME, O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        return 2;
    }

    char msg[128];
    while(1)
    {
        msg[0] = 0;
        ssize_t s = read(fd, msg, sizeof(msg)-1);
        if(s > 0)
        {
            msg[s] = 0;
            printf("client# %s\n", msg);
        }
        else if(s == 0)
        {
            printf("client quit!\n");
            break;
        }
        else 
        {
            printf("read error!\n");
            break;
        }
        close(fd);

        return 0;
    }
}

//client.c
#include "comm.h"

int main()
{
    int fd = open(FILE_NAME, O_WRONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        return 1;
    }

    char msg[128];
    while(1)
    {
        msg[0] = 0;
        printf("Please Enter$ ");
        fflush(stdout);
        ssize_t s = read(0, msg, sizeof(msg));
        if(s > 0)
        {
            msg[s] = 0;
            write(fd, msg, strlen(msg));
        }
    }

    close(fd);
    return 0;
}