Linux —— 进程间通信（管道）

目录

一，进程间通信

二，管道

匿名管道

命名管道

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一，进程间通信

        进程间通信（IPC，InterProcess Communication），即在不同进程之间进行信息的传播或交换；由于一般进程用户地址空间是独立的，不可直接访问其他进程地址空间，因此进程间进行信息交换必须通过系统内核进行；

进程间通信目的

• 数据传输，将一个进程的数据发送给另一个进程；
• 资源共享，多个进程间共享同样的资源；
• 通知事件，一个进程向另一个进程或一组进程发送信息，通知它们发生了某种事件（如进程终止时通知父进程）；
• 进程控制，有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如debug），此时进程希望能够拦截另一个进程的所有异常，并能够及时知道其状态的改变；

进程间通信的分类

• 管道
  • 匿名管道pipe
  • 命名管道
• System V IPC
  • system V 消息队列
  • system V 共享内存
  • system V 信号量
• POSIX IPC
  • 信息队列
  • 共享内存
  • 信息量
  • 互斥量
  • 调节变量
  • 读写锁

二，管道

        匿名管道pipe、命名管道；

匿名管道

        Linux通过使用竖线（管道符 | ）来连接多个命令，以形成一个管道；管道符前面命令的输出作为管道符后面命令的输入，管道中的数据只能单向流动（即半双工通信），要实现双向流动需创建两个管道；另外，此管道为匿名管道，用完即被自动销毁，且只能在父子进程间通信；

[wz@192 Desktop]$ cat test.c | grep main
int main() 

        父进程需读写都打开文件，这样子进程继承时才会有读写，然后通过关闭父子进程对应的读写，来实现信息的传输；不关闭相应的读写，也可通信，但一般关闭防止误操作；

管道函数 pipe

• 创建匿名管道
  • 创建成功，返回0；
  • 创建失败，返回-1；

pipefd为文件描述符数组

• pipefd[0]，指定管道读端，默认值为3；
• pipefd[1]，指定管道写端，默认值为4；

#include     
#include     
    
int main()    
{    
  int pipefd[2];    
  if(pipe(pipefd) < 0)    
  {    
    perror("pipe");                                                                   
    return 1;    
  }    
  printf("pipefd[0]: %d\n", pipefd[0]);    
  printf("pipefd[1]: %d\n", pipefd[1]);    
  return 0;    
}   

[wz@192 pipe]$ ./test
pipefd[0]: 3
pipefd[1]: 4

int main()      
{      
  int pipefd[2];      
  if(pipe(pipefd) < 0){      
    perror("pipe");      
    return 1;      
  }      
  char buf[32];      
  write(pipefd[1],"hellopipe",32); //向管道内写
  read(pipefd[0],buf,32); //从管道内读     
  printf("buf: %s\n", buf);                                                           
  return 0;      
}   

[wz@192 pipe]$ ./test 
buf: hellopipe

//子进程写入，父进程读取                                                                                     
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
  
int main()
{
    int pipefd[2];
    if(pipe(pipefd) < 0){
        perror("pipe");
        return 1;
    }
  
    pid_t id = fork();
    if(id < 0){
        perror("fork");
        return 1;
    }
  
    else if(id == 0){
        close(pipefd[0]);
        char* msg = "child msg";
        int count=5;
        while(count){
            printf("child write: %s\n",msg);
            write(pipefd[1],msg,strlen(msg));
            sleep(1);
            count--;
       }
       close(pipefd[1]);
       exit(0);
    }
    
    else{
        char buf[64];
        close(pipefd[1]);
        while(1){
            ssize_t sz=read(pipefd[0],buf,sizeof(buf)-1);
            if(sz>0){
                buf[sz]=0;
                printf("father read: %s\n",buf);
            }
            else if(sz==0){
                printf("pipe file empty!\n");
                break;
            }
        }
        close(pipefd[0]);
        printf("close read\n");

        int status = 0;    
        pid_t wait_pid = waitpid(id,&status,0);    
        if(WIFEXITED(status) && wait_pid==id)    
            printf("child exit normal, exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));    
        else     
            printf("child exit error, exit sig: %d\n", WTERMSIG(status));  
    }
    return 0;
}

• 如管道为空，则读端需等待数据就绪，即read阻塞；
• 如管道在写端已写满，需等待管道有空闲空间才可继续写入，即write阻塞；

• 管道自带同步机制；
• 管道是单向通信的；
• 管道是面向字节流的；
• 管道只能保证具有血缘关系的进程通信；
• 管道可保证一定程度数据读取的原子性；

//子进程持续在写入，父进程关闭读
//此时OS会直接关闭子进程
    else{
        char buf[64];
        close(pipefd[1]);
        while(1){
            ssize_t sz=read(pipefd[0],buf,sizeof(buf)-1);
            if(sz>0){
                buf[sz]=0;
                printf("father read: %s\n",buf);
                close(pipefd[0]);
                break;
            }
            else if(sz==0){
                printf("pipe file empty!\n");
                break;
            }
        }
        printf("close read\n");

        int status = 0;    
        pid_t wait_pid = waitpid(id,&status,0);    
        if(WIFEXITED(status) && wait_pid==id)    
            printf("child exit normal, exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));    
        else     
            printf("child exit error, exit sig: %d\n", WTERMSIG(status));  
    }

//子进程退出信号为13，即SIGPIPE
[wz@192 pipe]$ ./test 
child write: child msg
father read: child msg
close read
child write: child msg
child exit error, exit sig: 13

[wz@192 pipe]$ ulimit -a
core file size          (blocks, -c) 0
data seg size           (kbytes, -d) unlimited
scheduling priority             (-e) 0
file size               (blocks, -f) unlimited
pending signals                 (-i) 7154
max locked memory       (kbytes, -l) 64
max memory size         (kbytes, -m) unlimited
open files                      (-n) 1024
pipe size            (512 bytes, -p) 8
POSIX message queues     (bytes, -q) 819200
real-time priority              (-r) 0
stack size              (kbytes, -s) 8192
cpu time               (seconds, -t) unlimited
max user processes              (-u) 4096
virtual memory          (kbytes, -v) unlimited
file locks                      (-x) unlimited

命名管道

        命名管道是一种特殊类型的文件，可在不相关进程间交换数据，使用FIFO文件实现；

使用命令mkfifo，创建命名管道

[wz@192 pipe]$ mkfifo pipefile
[wz@192 pipe]$ ll pipefile
prw-rw-r--. 1 wz wz 0 8月  18 08:24 pipefile

使用函数mkfifo，创建命名管道

匿名管道与命名管道区别

• 匿名管道由函数pipe创建并打开；
• 命名管道由函数或命令mkfifo创建，再由open打开；
• 唯一区别即创建和打开方式不同；

[wz@192 pipe]$ echo abc > pipefile 

[wz@192 pipe]$ while :; do echo "1,##########"; cat pipefile; echo "2,#########"; sleep 1; done
1,##########
abc
2,#########
1,##########

实现server&client通信

//makefile
.PHONY:all
all: server client
    
server:server.c
  gcc -o $@ $^    
client:client.c
  gcc -o $@ $^    
    
.PHONY:clean
clean:
  rm -rf server client  

//server.c 
//创建命名管道，并读
#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  int ret = mkfifo("pipefile", 0644);    
  if(ret == -1){    
    perror("mkfifo");    
    return 1;    
  }    
  int pipefd = open("pipefile", O_RDONLY);    
  if(pipefd < 0){    
    perror("open");    
    return 2;    
  }    
  char msg[64]={0};    
  while(1){    
    printf("please wait ...\n");    
    ssize_t sz = read(pipefd, msg, sizeof(msg)-1);    
    if(sz > 0){    
      msg[sz]=0;    
      printf("server read: %s\n", msg);                                                                        
    }    
    else if(sz == 0){    
      printf("client quit!\n");    
      break;    
    }    
    else{    
      perror("read");    
      return 3;    
    }    
  }    
  close(pipefd);    
  return 0;    
}  

//client.c
//向管道写入
#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
#include     
    
int main()    
{    
  int pipefd = open("pipefile", O_WRONLY);    
  if(pipefd < 0){    
    perror("open");    
    return 1;    
  }    
    
  char msg[64]={0};    
  while(1){    
    printf("please write ...\n");    
    ssize_t sz = read(0, msg, sizeof(msg)-1);    
    if(sz > 0){    
      msg[sz]=0;    
      write(pipefd, msg, strlen(msg));    
    }    
    else if(sz == 0){    
      printf("client read empty!\n");    
      break;    
    }    
    else{    
      perror("client read\n");    
      return 2;    
    }                                                                                                          
  }    
  close(pipefd);    
  return 0;    
}