实验八 进程间通信

项目	内容
这个作业属于哪个课程	LInux系统与应用
这个作业的要求在哪里	实验目的与要求
学号姓名	18041511 叶智铨
作业学习目标	了解进程间通信的常用方式；掌握管道、消息队列、信号量、共享内存实现进程间通信的方法。

1.举例说明使用匿名管道进行进程通信。

管道通信

匿名管道

当进程使用 pipe 函数，就可以打开位于内核中的这个特殊“文件”。同时 pipe 函数会返回两个描述符，一个用于读，一个用于写。
如果你使用 fstat 函数来测试该描述符，可以发现此文件类型为 FIFO 。而无名管道的无名，指的就是这个虚幻的“文件”，它没有名字。

man 2 pipe

pipe 函数打开的文件描述符是通过参数（数组）传递出来的，而返回值表示打开成功（0）或失败 （-1）。
它的参数是一个大小为 2 的数组。此数组的第 0 个元素用来接收以读的方式打开的描述符，而第 1 个元素用来接收以写的方式打开的描述符。
也就是说， pipefd[0] 是用于读的，而 pipefd[1] 是用于写的。
打开了文件描述符后，就可以使用 read(pipefd[0]) 和 write(pipefd[1]) 来读写数据了。


如果关闭读 ( close(pipefd[0]) ) 端保留写端，继续向写端 ( pipefd[1] ) 端写数据( write 函数)的进程会收到 SIGPIPE 信号。
如果关闭写 ( close(pipefd[1]) ) 端保留读端，继续向读端 ( pipefd[0] ) 端读数据( read 函数)，read 函数会返回 0.
例题：父进程 fork 出一个子进程，通过无名管道向子进程发送字符，子进程收到数据后将字符串中的小写字符转换成大写并输出。

//hellopipe.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <ctype.h> 
void child(int *fd) { 
	close(fd[1]); // 子进程关闭写端 
	char buf[64]; 
	int n = 0,i; 
	while(1) { 
		n = read(fd[0], buf, 64);//如果没有数据可读,read会阻塞;如果父进程退出，read返回0.
		for (i = 0; i < n; ++i) 
			putchar(toupper(buf[i])); 
		if (*buf == 'q') { 
			close(fd[0]);
			exit(0);
		}
		if (n == 0) {
			puts("no data to read!");
			sleep(1);
		} 
	}
	exit(0);
}
int main() { 
	int fd[2];//作为传出参数 
	int n = 0; 
	char buf[64] = { 0 }; 
	if (pipe(fd) < 0) { 
		perror("pipe");
        return -1;
     }
	pid_t pid = fork(); 
	if (pid == 0) { 
		child(fd); 
	}
	close(fd[0]);// 父进程关闭读端 
	while (1) { 
		n = read(STDIN_FILENO, buf, 64);
		write(fd[1], buf, n); 
		if (*buf == 'q') {
			close(fd[1]); 
			exit(0); 
		} 
	}
	return 0;
}

2.举例说明使用 mkfifo 命令创建命名管道以及简单演示管道如何工作。

命名管道

1.通过命令 mkfifo 创建管道

man mkfifo

2.通过函数 mkfifo(3) 创建管道

FIFO文件的特性
a） 查看文件属性
当使用 mkfifo 创建 hello 文件后，查看文件信息如下

某些版本的系统在 hello 文件后面还会跟着个 | 符号，像这样 hello|
b) 使用 cat 命令打印 hello 文件内容

可以看到cat已经被堵塞了。
开启另一个终端，执行

c) fifo 文件特性
根据前面两个实验，可以总结：
(1)文件属性前面标注的文件类型是 p ，代表管道
(2)文件大小是 0
(3)fifo 文件需要有读写两端，否则在打开 fifo 文件时会阻塞
如果在 open 的时候，使用了非阻塞方式，肯定是不会阻塞的。
特别地，如果以非阻塞写的方式 open ，同时没有进程为该文件以读的方式打开，会导致 open 返回错误(-1)，同时 errno 设置成ENXIO.
3.编写两个程序使用第2题中创建的管道进行通信

例题：编写两个程序，分别是发送端 pipe_send 和接收端面 pipe_recv 。程序 pipe_send 从标准输入接收字符，并发送到程序 pipe_recv ，同时 pipe_recv 将接收到的字符打印到屏幕

// pipe_send.c
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <stdio.h> 
	int main() { 
		char buf[64]; 
		int n = 0; 
		int fd = open("hello", O_WRONLY); 
		if (fd < 0) { 
			perror("open fifo"); 
			return -1; 
		}
		puts("has opend fifo"); 
		
		while((n = read(STDIN_FILENO, buf, 64)) > 0) { 
			write(fd, buf, n); 
			if (buf[0] == 'q') 
				break; 
		}
	close(fd); 
	return 0; 
} 

// pipe_recv.c 
#include <unistd.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <stdio.h> 
int main() { 
	char buf[64]; 
	int n = 0; 
	int fd = open("hello", O_RDONLY); 
	if (fd < 0) { 
		perror("open fifo"); 
		return -1; 
	}
	puts("has opened fifo"); 
		
	while((n = read(fd, buf, 64)) > 0) { 
		write(STDOUT_FILENO, buf, n); 
	}
		
	if (n == 0) { 
		puts("remote closed"); 
	}
	else {
		perror("read fifo"); 
		return -1; 
	}
	close(fd); 
	return 0;
}