Linux下的系统编程——进程间的通信（九）
一、进程间通信常用方式
IPC方式：
Linux环境下，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间。任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程和进程之间不能相互访问，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区，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（IPC,InterProcess Communication)。
在进程间完成数据传递需要借助操作系统提供特殊的方法，如:文件、管道、信号、共享内存、消息队列、套接字、命名管道等。随着计算机的蓬勃发展，一些方法由于自身设计缺陷被淘汰或者弃用。现今常用的进程间通信方式有:
1.管道（使用最简单)
2.信号(开销最小)
3.共享映射区(无血缘关系)
4.本地套接字(最稳定)
二、管道
1.概念：
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。调用pipe系统函数即可创建一个管道。有如下特质:
（1）.其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)
（2）.由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端，只能一次读取。
（3）.规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出，单向流动。
管道的原理: 管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。
管道的局限性:
1）数据不能进程自己写，自己读。·
2）管道中数据不可反复读取。一旦读走，管道中不再存在。
3）采用半双工通信方式，数据只能在单方向上流动。
4）只能在有公共祖先的进程间使用管道
常用的通信方式： 单工通信、半双工通信、全双工通信
创建管道文件：
（不占用磁盘空间）
*2.pipe函数：
函数功能：创建，并打开管道。
int pipe(int fd[2]);
参数：
fd[0]: 读端。
fd[1]: 写端。
返回值：
成功： 0
失败： -1 errno
管道通信：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void sys_err(const char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int ret,re;
int fd[2];
pid_t pid;
char *str = "hello pipe\n";
char buf[1024];
ret = pipe(fd);
if(ret == -1)
sys_err("pipe error");
pid = fork();
if(pid > 0){ //父进程
close(fd[0]); //关闭读段
write(fd[1],str,strlen(str));//写入数据
sleep(1);
close(fd[1]); //关闭写段
}else if(pid == 0){ //子进程
close(fd[1]); //关闭写段
re = read(fd[0],buf,sizeof(buf)); //读取数据
write(STDOUT_FILENO,buf,re); //写到屏幕上
close(fd[0]); //关闭读段
}
return 0;
}
*3.管道的读写行为：
读管道：
1. 管道有数据，read返回实际读到的字节数。
2. 管道无数据：
1）无写端，read返回0 （类似读到文件尾）
2）有写端，read阻塞等待。
写管道：
1. 无读端， 异常终止。 （SIGPIPE导致的）
2. 有读端：
1） 管道已满， 阻塞等待
2） 管道未满， 返回写出的字节个数。
1）读管道，管道无数据（无写端）
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void sys_err(const char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int ret,re;
int fd[2];
pid_t pid;
char *str = "hello pipe\n";
char buf[1024];
ret = pipe(fd);
if(ret == -1)
sys_err("pipe error");
pid = fork();
if(pid > 0){ //父进程
close(fd[0]); //关闭读段
// write(fd[1],str,strlen(str));//写入数据
close(fd[1]); //关闭写段
}else if(pid == 0){ //子进程
close(fd[1]); //关闭写段
re = read(fd[0],buf,sizeof(buf)); //读取数据
printf("child read ret =%d\n",ret);
write(STDOUT_FILENO,buf,re); //写到屏幕上
close(fd[0]); //关闭读段
}
return 0;
}
read返回0
4.父子间进程 ：
使用管道实现父子进程间通信，完成:ls | wc -l。假定父进程实现ls，子进程实现wc
ls | wc -l命令：
实现流程：
（1）父进程创建管道 pipe()
（2）父进程创建子进程 fork()
（3）设置父进程执行ls命令，子进程执行wc命令 execlp()
（4）设置父子进程通过管道的单项流动(设置指向标准输出的指向管道) dup2()
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void sys_err(const char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
/***************
dup2();
fork();
pipe();
execlp();
****************/
int fd[2];
int ret;
pid_t pid;
//父进程创建管道
ret = pipe(fd);
if(ret == -1){
sys_err("pipe error");
}
//父进程创建子进程
pid = fork();
if(pid == -1){
sys_err("fork error");
}else if(pid > 0){
close(fd[1]); //关闭写，设置单项流动
dup2(fd[0],STDIN_FILENO); //设置读管道信息
execlp("wc","wc","-l",NULL); //设置子进程wc命令
sys_err("execlp wc error");
}else if(pid == 0){
close(fd[0]); //关闭读，设置单项流动
dup2(fd[1],STDOUT_FILENO); //设置写操作指向管道
execlp("ls","ls",NULL); //设置父进程执行ls命令
sys_err("execlp ls error");
}
return 0;
}
5.兄弟间进程通信：
使用管道实现兄弟进程间通信，完成:ls | wc -l。假定父进程实现ls，子进程实现wc
实现流程：
（1）父进程创建管道 pipe()
（2）父进程创建俩个（兄弟）子进程 fork()
（3）设置兄进程执行ls命令，第进程执行wc命令 execlp()
（4）设置兄弟进程通过管道的单项流动(设置指向标准输出的指向管道) dup2()
（5）回收父进程残余文件 wait()
刚创建出的兄弟进程：
设置兄弟进程通过管道的单项流动后
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void sys_err(const char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
/***************
dup2();
fork();
pipe();
execlp();
wait();
****************/
int fd[2];
int ret;
int i;
pid_t pid;
//父进程创建管道
ret = pipe(fd);
if(ret == -1){
sys_err("pipe error");
}
for(i = 0;i < 2;i++){ //表达式2 出口，仅限父进程使用
pid = fork();
if(pid == -1){
sys_err("fork error");
}
if(pid == 0) //子进程出口
break;
}
if(i == 2){ //父进程
//不需要父进程所以需要关闭他的读写并且回收掉父进程
close(fd[0]);
close(fd[1]);
wait(NULL);
wait(NULL);
}else if(i == 0){ //兄进程
close(fd[0]);
dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);
execlp("ls","ls",NULL); //兄进程执行ls命令
sys_err("ececlp ls error");
}else if(i == 1){ //弟进程
close(fd[1]);
dup2(fd[0],STDIN_FILENO);
execlp("wc","wc","-l",NULL);//弟进程执行wc命令
sys_err("ececlp wc error");
}
return 0;
}
6.多个读写端操作管道
实现一个pipe有一个写端，多个读端
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void sys_err(const char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(int argc,char *argv[])
{
/***************
dup2();
fork();
pipe();
execlp();
****************/
int fd[2],i,n;
int ret;
char buf[1024];
pid_t pid;
//父进程创建管道
ret = pipe(fd);
if(ret == -1){
sys_err("pipe error");
exit(1);
}
for(i = 0;i < 2;i++){
pid = fork();
if(pid == -1){
sys_err("fork error");
exit(1);
}
if(pid == 0)
break;
}
if(i == 2){ //父进程
close(fd[1]); //父进程关闭写端，留读端读取数据
sleep(1);
n = read(fd[0],buf,1024); //从管道中读取数据
write(STDOUT_FILENO,buf,n);
for(i == 0;i < 2;i++) //两个儿子wait两次
wait(NULL);
}else if(i == 0){ //兄进程
close(fd[0]);
write(fd[1],"1.hello\n",strlen("1.hello\n"));
}else if(i == 1){ //弟进程
close(fd[0]);
write(fd[1],"2.world\n",strlen("2.world\n"));
}
return 0;
}
7.管道缓冲区大小：
可以使用 ulimIt -a 命令来查看当前系统中创建管道文件所对应的内核缓冲区大小。通常为:
pipe size ......(512 bytes,-p) 8
也可以使用fpathconf函数，借助参数―选项来查看。使用该宏应引入头文件
long fpathconf(int fd, int name);成功:返回管道的大小―失败:-1，设置errno
.8.管道的优劣
优点:简单，相比信号，套接字实现进程间通信，简单很多。
缺点:
1.只能单向通信，双向通信需建立两个管道。
2.只能用父子、兄弟进程(有共同祖先)间通信。该问题后来使用fifo有名管道解决）
三、FIFO:
fifo管道：可以用于无血缘关系的进程间通信。
命名管道： mkfifo
无血缘关系进程间通信：
读端，open fifo O_RDONLY
写端，open fifo O_WRONLY
1.命名管道fifo的创建和原理：
使用命令：myfifo myfifo
使用myfifo创建
#include
#include
#include
#include
#include
void sys_err(const char *str){
perror(str);
exit(1);
}
int main(int argc,char *str)
{
int ret = mkfifo("mytestfifo",0664);
if(ret == -1)
sys_err("mkfifo error");
return 0;
}
