Linux进程间通信---管道篇

一、进程间通信
每个进程各自有不同的用户空间，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲取，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信。

进程间通信的本质是让不用的进程能看到一份公共资源。
进程间通信主要用于：数据传输、资源共享、通知事件、进程控制。

二、管道（pipe）
1.管道，也叫匿名管道，是一种最基本的IPC机制，由pipe函数（系统调用）创建：

#include
int pipe(int filedes[2]);

返回值：成功返回 1，失败返回 0
参数：filedes输出型参数，在pipe内部对fileds进行修改，会改变它的函数。

调用pipe函数时在内核中开辟一块缓存区（称为管道）用于通信，它有一个读端，一个写端，然后通过filedes参数传出给用户程序两个文件描述符，filedes[0]指向管道的读端，filedes[1]指向管道的写端。所以管道在用户程序开起来就是一个打开的文件，通过 read(fileds[0])；或者 write(filedes[1]);向这个文件读写数据，实际上是在读写内核区缓冲区。

2.开辟管道之后的进程通信步骤
3.代码演示
父进程关闭写端，从管道中读数据，子进程关闭读端，向管道中写数据。



4.匿名管道通信的特点
（1）两个进程通过一个管道只能进行单向通信；
（2）只能用于具有血缘关系之间的进程通信，通常用于父子进程。
（3）管道的生命周期随进程。
（4）管道之间进行通信向上层提供的读写操作面向字节流的通信服务。
（5）管道自带同步机制。

5.相关概念扩充：
临界资源：两个进程同时访问一块资源。
临界区：访问临界资源的代码。
同步：让不同进程访问临界资源以相同的顺序进行访问称为进程同步。
互斥：任何时刻只能有且只有一个进程在访问临界资源。
原子性：一件事情要么做了，要么没做，没有中间状态。
饥饿：一个进程想要访问某种资源，但是由于优先级或其他原因一直无法访问该资源，此状态称为进程的饥饿状态。

三、命名管道（FIFO）：
1.概念：
管道的一个不足之处是没有名字，因此，只能用于具有血缘关系的进程间通信，在命名管道（named pipe或PIPE）提出后，该限制得到了克服。命名管道不同于管道之处在于它提供了一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存储于文件系统中。命名管道是一个设备文件，因此，即使进程与创建fFIFO的进程不存在亲缘关系，只要可以访问该路径，就能够通过FIFO相互通信。值得注意的是，FIFO总是按照先进先出的原则工作，第一个被写入的数据将首先从管道中读出。

2.创建命名管道
linux下有两种方式创建命名管道，一是在Shell下交互地建立一个命名管道，二是在程序中使用系统函数建立命名管道。
（1）Shell方式下可使用mknod或mkfifo命令创建命名管道
例：

mknod namepipe

（2）创建命名管道的系统函数：mknod 和 mkfifo

#include
#include
int mknod(const char *path,mode_t mod,dev_t dev);
int mkfifo(const char *path,mode_t mod);

参数path为创建的命名管道的全路径名；
mod为创建的命名管道的模式，指名其存取权限；
dev为设备值，该值取决于文件创建的种类，它只在创建设备文件时才会用到。
这两个函数调用成功都返回 0，失败返回 -1；

mknod是比较老的函数，而使用mkfifo函数则更加的简单规范，所以建议在可能的情况下，尽量使用mkfifo而不是mknod。

（3）命名管道创建后就可以使用了，命名管道和管道的使用方法基本是相同的。只是使用命名管道时，必须先调用open（）将其打开。因为命名管道是存在于一个硬盘上的文件，而管道则是存在于内存中的个特殊文件。
需要注意的是，调用open()打开命名管道的进程可能会被阻塞。
但如果同时用读写方式（O_RDWR）打开，则一定不会导致阻塞；
如果以只读方式（O_RDONLY）打开，则调用open()函数的进程将会被阻塞直到有写方打开管道；
同样以写方式（O_WRONLY）打开也会阻塞直到有读方式打开管道。

3.命名管道的代码演示：
打开两个终端，分别模拟客户端和服务器进行网络通信，客户端通过管道不断地向服务器发送数据，服务器从管道接收由客户端发来的数据。
客户端（client.c）


服务端（server.c）