进程间如何进行通信[IPC]（一）使用管道(1)
进程间通信IPC（一）管道(1)
不同进程（一般指用户进程）之间的资源是独立的，在一个进程中无法直接访问另一个进程中的资源（比如读时共享，写时拷贝）
通信目的:数据传输，通知事件的发生，资源共享（涉及同步和互斥），进程控制
同步：（直接制约关系）为了完成某个任务而创建的多个进程，在某些位置上协调它们的工作次序而等待，传递信息所产生的制约关系，制约源自于它们的相互合作
异步：多道程序环境允许多个程序并发执行，当时进程的执行一般不是一贯到底的，它以不可预知的速度向前推进，这就是进程的异步性
互斥：间接制约关系，当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待，当占用临界区资源的进程退出临界区后，另一个进程才被允许去访问此临界资源
通信方法（一）管道
无名（匿名）管道
管道是内核内存中的一个缓冲区
管道在很多方面都很像文件：不带任何结构的字节序列
1.读取数据：
（1）管道读取默认阻塞，进程从管道中读取数据时，进程被挂起直到数据被写进管道
（2）管道的读取结束标志：当所有的写者关闭了管道的写数据端时，试图从管道读取数据的调用返回0，意味着文件的结束
（3）因为管道是一个队列，所以多个读者可能会造成麻烦
2.写入数据：
（1）写入数据阻塞到管道有空间去容纳新的数据
（2）写入必须保证一个最小的块大小，POSIX规定内核不会拆分小于512字节的块,Linux保证管道中可以存在4096字节连续缓存
（3）如果所有读者都已经将管道读端关闭，则对管道的写入会失败
单个进程内部通信可以使用管道，多个进程之间通信也可以使用管道
但是管道只能在有关联的进程之间通信（如父子进程）
fork调用后，两个管道文件描述符都是打开的，一对管道文件描述符只能保持父子进程单方向通信
因为管道中的数据读出后才能再写入，所以父子进程必须分别关闭fd[0]或fd[1]
从管道中读取数据是一次性操作，读完管道内的数据就会被丢弃
#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);
//pipefd[1]为写,pipefd[0]为读
//成功返回0，失败返回-1
//查看管道缓冲大小命令：
ulimit -a
//查看管道缓冲大小函数
long fpathconf(int fd, int name);
//使用strace命令可以查看进程之间的管道通信
Unix/Linux中的命令的IO重定向输入输出有些就用到了管道，且无法随机访问数据
管道的底层数据结构是一个循环队列
例如：who|sort |：管道
将who的输出输入到sort进行排序后输出
如果想要双向通信，则需要使用两个管道
socket提供了一个创建全双工管道的系统调用：
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socketpair(int domain, int type, int proto‐
col, int sv[2]);
这个调用squid服务器程序有使用
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main()
{
int pipefd[2];
int ret = pipe(pipefd);
if(ret==-1){
perror("pipe");
exit(0);
}
pid_t pid =fork();
if(pid>0){
//父进程写数据
char *buf = "hello,world";
write(pipefd[1],buf,strlen(buf));
sleep(1);
}else if(pid==0){
//子进程读数据
char buf[1024];
int len = read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));
buf[len] = '\0';
printf("child process received %s\n",buf);
}
}
//管道的大小
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main()
{
int pipefd[2];
int ret = pipe(pipefd);
if(ret==-1){
perror("pipe");
exit(0);
}
//获取管道缓冲区大小
printf("size:%ld\n",fpathconf(pipefd[0],_PC_PIPE_BUF));
return 0;
}
默认大小4096字节
使用匿名管道实现命令输入输出的重定向,重定向有三种基本方法（在另一篇博客中有写:Unix编程实践教程笔记（四） IO重定向 - ziggystardust - 博客园 (cnblogs.com)）
//实现ps aux |
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<wait.h>
int main()
{
int fd[2];
int ret = pipe(fd);
if(ret==-1){
perror("pipe");
exit(0);
}
pid_t pid = fork();
//在子进程中执行ps命令，并且重定向输出到父进程（从标准输出到父进程）
if(pid>0){
//父进程接收数据，并打印到标准输出
char buf[2048] = {0};
int len;
while((len = read(fd[0],buf,sizeof(buf)-1))>0){
printf("%s",buf);
memset(buf,0,2048);
}
wait(NULL);
}else if(pid==0){
//子进程
//可以使用dup2来代替close(1); dup(fd);
dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);//将文件描述符1重定向
execlp("ps","ps","aux",NULL);
perror("execlp");
//使用dup2
}
return 0;
}
注意write调用是阻塞的，是有缓冲区的，如果数据过大，则会分包发送，直到发完
管道的读写特点
这里用了一下视频的截图：
设置管道为非阻塞
即为设置文件描述符非阻塞
fcntl();
如果管道没有数据，子进程还在read，且设置管道非阻塞：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
int main()
{
int pipefd[2];
int ret = pipe(pipefd);
if(ret==-1){
perror("pipe");
exit(0);
}
pid_t pid =fork();
if(pid>0){
//父进程写数据
char *buf = "hello,world";
while(1){
write(pipefd[1],buf,strlen(buf));
sleep(5);
}
}else if(pid==0){
//子进程读数据
char buf[1024] = {0};
int flag = fcntl(pipefd[0],F_GETFL);
flag |= O_NONBLOCK;
fcntl(pipefd[0],F_SETFL,flag);
while(1){
int len = read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));
buf[len] = '\0';
printf("len = %d\n",len);
printf("child process received %s\n",buf);
memset(buf,0,1024);
sleep(1);
}
}
return 0;
}
特殊管道FIFO （命名管道）
命名管道可以用于无关联的进程之间相互通信
以FIFO的文件形式存于文件系统中，大多数操作和匿名管道是相同的
和匿名管道不同的地方：FIFO在文件系统中作为一个特殊文件存在，FIFO的内容却是放在内存中
FIFO的进程退出后，FIFO文件将继续保存在文件系统中以便以后使用
FIFO有名字，不相关的进程可以打开有名管道进行通信
三种System V IPC也能用于无关联的多个进程之间通信，因为它们都使用一个全局唯一的键值来表示一条信道
#可以使用命令来创建有名管道的实体文件
mkfifo filename
也可以使用函数来创建：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
//pathname：管道名称（路径）可以是相对/绝对路径
//mode：文件权限，和open 的文件权限一样(8进制数)
不支持lseek文件定位，严格先进先出
常见的文件I/O操作都可以用于FIFO
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
//首先判断文件是否已经存在
if((access("fifo2",F_OK))==-1){
printf("管道不存在，创建\n");
}
else{
printf("已存在\n");
exit(1);
}
int ret = mkfifo("fifo2",0664);
if(ret==-1){
perror("mkfifo");
exit(0);
}
return 0;
}
注意这个管道文件是不保存数据的，数据保存在内存中
//有名管道的读写
//1. write.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#define BUFSIZE 1024
int main()
{
//首先判断文件是否已经存在
if((access("fifoNew",F_OK))==-1){
printf("管道不存在，创建\n");
int ret = mkfifo("fifoNew",0664);
if(ret==-1){
perror("mkfifo");
exit(0);
}
}
int fd = open("fifoNew",O_WRONLY);
for(int i = 0;i<100;i++){
char buf[BUFSIZE];
sprintf(buf,"write NO. %d message\n",i);
printf("%s",buf);
write(fd,buf,strlen(buf));
sleep(1);
}
close(fd);
return 0;
}
//2. read.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#define BUFSIZE 1024
int main()
{
int fd = open("fifoNew",O_RDONLY);
while (1)
{
char buf[BUFSIZE] = {0};
int len = read(fd,buf,BUFSIZ-1);
if(len==0)
{
printf("write端断开/没有数据写入\n");
break;
}
printf("recv message:%s\n",buf);
}
close(fd);
return 0;
}
如果读端写端只有一方打开或只有一方在执行操作，那么会阻塞到open调用处
如果先运行读端，写端未写入时，读端也会阻塞到open调用
如果先将读端关闭，写端进程也会被关闭（接收到一个SIGPIPE信号，终止进程）（以上代码的测试结果是这样的）
浙公网安备 33010602011771号