进程间通信（管道）

此篇文章主要介绍利用管道进行进程间通信，下篇文章将介绍system V
在介绍进程间通信之前，我们首先要理解进程间通信是什么？为什么需要进程间通信？这是两个最基础的概念，下面我将详细介绍。

一、进程间通信是什么？

简单而言，就是让不同的进程看到同一份资源，这里的资源一般是指某一块内存。

二、为什么需要进程间通信？

在实际中，多个进程需要协同工作，但是进程是独立的，所以就有了进程间通信。

三、进程间通信的目的

• 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改变。

四、进程间通信方式

1、管道：从一个进程连接到另一个进程的数据流。

• 匿名管道pipe(有亲缘关系（需要看到同一份资源）的进程之间的通信，常用为父子进程)
• 命名管道

匿名管道

//创建一个匿名管道
#include 
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，失败返回错误码

• fork共享管道的原理

fork之后，创建子进程，子进程中也有对管道的读写操作，但是由于管道是单向的，半双工的，所以在fork之后，要确定数据的流向，父子进程关闭各自不用的读/写描述符。

• 站在文件描述符角度—深度理解管道

1.父进程创建管道

2.父进程fork出子进程

3.父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1]

站在内核角度—管道本质

总而言之，看到管道如同看待文件一样。
模拟实现fork之后，父子进程对管道的读写操作，代码如下：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(int argc, char* argv[])
{
    int fds[2];
    if(pipe(fds) < 0)
    {
        perror("pipe error\n");
        exit(1);
    }
    pid_t pid = fork();
    //子进程
    if(pid == 0)
    {
        close(fds[0]);
        write(fds[1], "hello", 5);
        close(fds[1]);
        exit(2);
    }
    //父进程
    close(fds[1]);
    char buf[10] = {0};
    read(fds[0], buf, 10);
    printf("buf = %s\n", buf);
    return 0;
}

输出结果：

管道读写规则：

• 当没有数据可读时
  O_NONBLOCK disable：read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止。
  O_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。
• 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。
• 如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0（类似于读到文件结尾）
• 如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE（13号信号），进而可能导致write进程退出
• 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，Linux将保证写入的原子性
• 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

管道特点：

• 半双工的，单向的，本质是内核的一块缓冲区；需要双方通信时，需要建立两个管道
• 匿名管道只能用于具有共同祖先的的进程（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，此后父子进程就可以共享该管道
• 管道提供流式服务
• 进程退出，管道释放，管道的生命周期随进程
• 管道自带同步和互斥的特征

命名管道
由于匿名管道只能用于有共同祖先的进程，如果想在不同进程间传输文件时，就会受到限制，所以就有了命名管道。

创建命名管道

• 命令行创建

mkfifo 文件名

• 程序里创建

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

命名管道的打开规则

• 如果当前打开操作是为读而打开FIFO时
  O_NONBLOCK disable：阻塞到有相应进程为写而打开该FIFO
  O_NONBLOCK enable：立刻返回成功

• 如果当前打开操作是为写而打开FIFO时
  O_NONBLOCK disable：阻塞到有相应进程为读而打开该FIFO
  O_NONBLOCK enable：立刻返回失败，错误码为ENXIO

总结：
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

注意：命名管道：两个进程打开的是同一个文件，看到的是同一份资源。如利用命名管道实现客户端和服务器。