Linux 进程间通信, 管道

前言

在多进程编程中，进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）是一种重要的技术手段，它使得不同进程可以安全、可靠地进行数据交换和共享资源。

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一、常见的进程间通信方式

1. 管道（Pipe）：管道是一种基于字节流的进程间通信机制。它将一个进程的输出连接到另一个进 的输入，实现了它们之间的单向通信。管道分为匿名管道和命名管道两种。（使用最简单）

2. 命名管道（Named Pipe）：命名管道（也称为FIFO）是一种有名的管道，它允许不相关的进程通过指定的命名管道文件进行通信。不同于匿名管道，命名管道可以用于不相关的进程之间的通信。

3. 共享内存（Shared Memory）：共享内存是一种高效的进程间通信方式。它允许多个进程共享同一块内存区域，从而避免了复制大量数据的开销。进程可以通过读写共享内存来进行通信和数据交换。（无血缘关系）

4. 信号量（Semaphore）：信号量是一种用于进程同步和互斥的系统对象。它用于控制对共享资源的访问，多个进程可以根据信号量的值来进行等待、唤醒和临界区的互斥操作。（开销最小）

5. 套接字（Socket）：套接字是一种用于在网络中进行进程间通信的机制。它可以用于在同一台机器上的进程间通信（本地套接字）或不同机器上的进程间通信（网络套接字）。（最稳定）

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二、如何实现管道通信

父进程 在写端 向管道写入数据，子进程 在 读端 从管道读出数据。（父进程 也可以连接 读端，子进程也可以连接 写端）

管道 是一种最基本的 IPC 机制，作用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。

1. 管道的特性：

• 本质是一个伪文件。
• 由 2 个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。
• 规定数据从管道的写端流入管道，从 读端流出。

2. 管道的局限性：

• 数据不能 该进程自己写，自己读。
• 管道中数据不可反复读取。一旦读走，管道中不在存在。
• 采用半双工通信方式，数据只能在单方向上流动。
• 只能在共有祖先的基础上使用管道。

3. pipe 函数 创建，打开 管道

使用 pipe() 函数进行进程间通信时，需要进程具有血缘关系，通常是父子进程之间。如无血缘关系的进程或完全独立的线程，无法直接使用 pipe() 函数进行通信。

pipe 参数为一个数组， 里面有两个句柄（读 写，分别对应管道的读端，写端）。规定： fd[0] --> r ; fd[1] --> w 。

#include 

int pipe(int pipefd[2]);

返回值： 成功返回 0，失败返回 -1。

三、示例代码解析

STDOUT_FILENO：这是一个预定义的常量，表示标准输出的文件描述符。

void sys_error(const char *str)
{		
	perror(str);					// 将最近一次发生的系统调用错误输出到标准错误流
	exit(1);					// 正常终止程序
}

int main(void)
{
   	int fd[2];
	int ret;
 	pid_t pid;
	char buff[20] = "hello pipe!\n";
	char str[20];

	ret = pipe(fd);							// 创建，打开管道
	if(ret == -1)
	{
		sys_error("pipe error!");
	}
	
	pid = fork();								//创建子进程
	if(pid == 0)							
	{
		close(fd[0]);							//子进程 关闭读端
		write(fd[1], buff,sizeof(buff));			//向管道写入数据
		close(fd[1]);
	}
	else 			
	{
		close(fd[1]);							//父进程 关闭写端
		ret = read(fd[0],str,sizeof(str));				//从管道读出数据
		write(STDOUT_FILENO, str,sizeof(str));			// 将 str 写入标准输出中
		close(fd[0]);
	}
}

四、管道的读写行为

读管道：

1. 管道有数据，read 返回实际独到的字节数。
2. 管道无数据：

• 无写端， read 返回 0。
• 有 写端， read 阻塞等待。

写管道：

1. 管道 无 读端, 异常终止。
2. 管道 有 读端：

• 管道 已满，阻塞等待。
• 管道未满，返回写出的字节个数。

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总结

进程间管道通信是一种基本而有效的进程间通信机制，在多进程编程中扮演着重要角色。