Linux——进程间通信（管道）

前提

同时处理多个业务模块，多个业务模块可能需要相互传递数据，也可能需要同步控制。
两个实体需要交互通信，必须有能够共享的资源。
磁盘上的文件：——>IO处理，速度慢，且存在不同步的问题。

进程通信的应用场景

• 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程，发送的数据量在一个字节到几兆字节之间。
• 共享数据：多个进程想要操作共享数据，一个进程对共享数据的修改，别的进程应该立刻看到。
• 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）。
• 资源共享：多个进程之间共享同样的资源。为了作到这一点，需要内核提供锁和同步机制。
• 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。

进程间通信方式

1. 管道
   命名管道——>在任意两个进程之间通信
   无名管道——>在父子进程键通信
2. 信号量
3. 共享内存
4. 消息队列
   ——————————2，3，4均借助系统的内核空间，内核对象
5. socket网络编程

1.命名管道

在磁盘上有一个管道文件的标识，传递数据就是在内存中存储，并不会存储到磁盘空间。
创建管道文件：
①命令：

	mkfifo name

②系统调用：

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

管道文件的操作：

open read write close

前三者都会阻塞运行：
open会阻塞，必须成对出现；
read会阻塞，写进去才能读取；
write也会阻塞，即当内存空间不足时，管道的内存空间耗尽；

打开管道文件：由于管道的半双工特性，flag只能是O_RDONLY和O_WRONLY

int open(cosnt char *path,int flag)

原理：
管道是由内核管理的一个缓冲区，相当于我们放入内存中的一个纸条。管道的一端连接一个进程的输出。这个进程会向管道中放入信息。管道的另一端连接一个进程的输入，这个进程取出被放入管道的信息。一个缓冲区不需要很大，它被设计成为环形的数据结构，以便管道可以被循环利用。当管道中没有信息的话，从管道中读取的进程会等待，直到另一端的进程放入信息。当管道被放满信息的时候，尝试放入信息的进程会等待，直到另一端的进程取出信息。当两个进程都终结的时候，管道也自动消失。



由上图可知，缓冲区只有一份，管道是一种半双工的通信方式
练习：A进程接受用户输入的数据，B进程将用户输入的字符串全部转化为大写并输出，循环执行，用户输入end结束。
A.c

#include
#include
#include
#include
#include

int main()
{
	int fd = open ("./FIFO",O_WRDONLY);
	assert(fd != -1);
	
	while(1)
	{
		printf("Please Input:");
		char buff[128] = {0};
		fgets(buff,127,stdin);
		
		if(strncmp(buff,"end",3) == 0)
		{
			break;
		}
		write(fd,buff,strlen(buff) - 1);
	}
	close(fd);
	exit(0);
}

B.c

#include
#include
#include
#include

int main()
{
	int fd = open ("./FIFO",O_RRDONLY);
	assert(fd != -1);
	
	while(1)
	{
		char buff[128] = {0};
		int n = read(fd,buff,127);//写端挂断（关闭管道文件），此时读到的数据为0
		//当对方没有挂断，仅仅是没有写入数据时，只会阻塞，不会返回0
		if(n == 0)
		{
			break;
		}
		printf("buff::%s\n",buff);
	}
	close(fd);
	exit(0);
}

单独运行A程序，会被阻塞，因为管道文件必须同时打开，才能完成通讯。
只有在两个终端分别打开A和B时，才能完成读取操作。

综上所述：有名管道的两种阻塞方式分别是：

• 当仅仅打开一端时会阻塞
• 管道内没有数据时，此时进行读操作会被阻塞

2.无名管道

只能应用在有关系的进程之间，也是一种半双工的通信方式，其实父子进程之间进行通讯是可以使用有名管道的，只是不够方便，然而使用无名管道在父子进程之间进行通讯的话会更加方便。
无名管道的创建及打开：

int pipe(int fds[2])——>形参是两个整形数组，2只是给用户一个提示：只需要两个整型值（两个文件描述符）

成功返回0，失败返回-1

• fds[0]:文件描述符，指向管道的读端
• fds[1]:文件描述符，指向管道的写端

因此pipe不会阻塞，读端写端同时出现。
大致框架如下：

int fds[2];
pipe(fds);		
——>不会阻塞，直接创建并打开无名管道：读写端都有；
这一句一定要写在fork之前,fork后，子进程才能继承父进程打开的文件描述符

pid = fork();	
——>产生4个文件描述符，因此close先关闭一对读写，然后read，write

if(pid == 0)	
{
	close();	
	传入fds[1]时，父进程写，子进程读，传入fds[1]时反之
}
else
{
	close();
}

和有名管道的一些区别：
有名管道：能够应用在任意两个有权限操作管道文件的进程之间。
无名管道：只能应用在有关系的两个进程之间。
无名管道实现：
练习：A进程接受用户输入的数据，B进程将用户输入的字符串全部转化为大写并输出，循环执行，用户输入end结束。

#include
#include
#include
#include
#include

int main()
{
	int fds[2];
	assert(pipe(fds) != -1);

	pid_t pid = fork();
	assert(pid != -1);

	if(pid == 0)//子进程读数据
	{
		close(fds[1]);

		while(1)
		{
			char buff[128] = {0};

			int n = read(fds[0],buff,127);//从无名管道的读端fds[0]中读取数据
			if(n <= 0)
			{
				break;
			}
			printf("child::%s\n",buff);
		}

		close(fds[0]);
	}
	else
	{
		close(fds[0]);//父进程写数据，关闭读端

		while(1)
		{
			printf("Please Input:");
			char buff[128] = {0};
			fgets(buff,127,stdin);

			if(strncmp(buff,"end",3) == 0)
			{
				break;
			}
			write(fds[1],buff,strlen(buff) - 1);//将buff中的数据通过fds[1]写入无名管道中
		}
		close(fds[1]);
	}
	exit(0);
}

这段代码存在的问题就是：子进程没有读取数据，父进程却继续执行了，导致终端显示出现了问题。这个问题的解决，需要用异步IO解决。