Linux 进程的管道通信
文章目录
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- 无名管道pipe
- 有名管道
- 讨论
进程之间的通信：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外一个进程中都看不到，所以进程之间不能相互访问，要交换数据必须通过内核。如图，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷贝到内核缓冲区，进程2在从内核缓冲区中把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信IPC（InterProcess Communication）
- 管道是LInux/Unix最经典的一种通信方式，管道实质上是父子进程借助内存文件的一种通信方式。借助进程映像加载等手段，它可以实现两个程序之间的数据交换。
- 管道的本质是一块内核缓冲区，由两根文件描述符引用，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。当两根进程都终结的时候，管道会自动消失。默认的，管道的读端和写端都是堵塞的。
- 管道包括两种：无名管道和有名管道。
无名管道pipe
使用无名管道时，还可以搭配使用close()关闭文件描述符和dup()复制管道文件描述符来实现输入输出标准的重定向。
#include[cch@aubin os]$ gcc demo.c
[cch@aubin os]$ ./a.out
Wrote 3 bytes
Read 3 bytes:123
[cch@aubin os]$
menset是c语言的初始化函数，作用是将某一块内存中的内容全部设置为指定的值，这个函数通常为新申请的内存做初始化工作。void *memset(void *s, int ch, size_t n);将s中当前位置后面的n个字节 （typedef unsigned int size_t ）用 ch 替换并返回 s 。int pipe(int fd[2])用于创建一个管道，如果函数调用成功，fd[0]存放管道的读端，fd[1]存放管道的写端（都是文件描述符），并且返回0，如果失败则返回-1，并设置errno值。
当父进程使用pipe创建管道之后，一般需要再fork一个子进程，然后通过管道实现父子进程之间的通信。一般来说只要两个进程有血缘关系（有共同的祖先），就可以使用管道进行通信。
- 父进程创建管道
- 父进程fork子进程
- 父进程关闭读端，子进程关闭写端，实现进程之间通信
#include[cch@aubin os]$ gcc demo.c
[cch@aubin os]$ ./a.out
father:Wrote 3 bytes
son:Read 3 bytes:123
[cch@aubin os]$
管道实现程序之间的通信
//pipe4.c
#include# 0表示键盘，从键盘中读取输入并且输出
[cch@aubin os]$gcc pipe4.c -o pipe
[cch@aubin os]$ ./pipe 0
123466
4947-read 7 bytes:123466
[cch@aubin os]$
#include[cch@aubin os]$ gcc demo.c
[cch@aubin os]$ ./a.out
father:Wrote 3 bytes
argv[1]=3
6098-read 3 bytes:123
[cch@aubin os]$
有名管道
有名管道可以实现两个没有血缘关系的进程进行通信。
[cch@aubin s]$ mkfifo pp
[cch@aubin s]$ ls -la
总用量 44
drwxrwxr-x. 2 cch cch 80 11月 7 11:01 .
drwxr-xr-x. 5 cch cch 72 10月 14 20:04 ..
-rwxrwxr-x. 1 cch cch 14176 10月 23 19:09 a.out
-rw-r--r--. 1 cch cch 12288 10月 14 17:17 .cc.c.swp
-rw-------. 1 cch cch 12288 10月 12 17:05 .file1.c.swp
-rw-rw-r--. 1 cch cch 206 11月 7 11:00 file.c
prw-rw-r--. 1 cch cch 0 11月 7 11:01 pp
可以看到，当使用mkfifo创建有名管道后，管道文件的信息的第一个显示为
p，表示其为管道文件
[cch@aubin s]$ echo "hhhhsjiqq">pp
在命令行内输入以上，一开始管道会堵塞，因为它会等待一个进程读取数据
[cch@aubin s]$ cat pp
hhhhsjiqq
[cch@aubin s]$
有名管道还可以使用c函数来实现，其函数原型为int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
//fifo.c
#include[cch@aubin s]$ gcc fifo.c -o fifo
[cch@aubin s]$ gcc fifo2.c -o fifo2
[cch@aubin s]$ ./fifo2
open fifo error:: No such file or directory
[cch@aubin s]$ ./fifo
msg:hello from write
[cch@aubin s]$
# 另一个终端
[cch@aubin s]$ ./fifo2
[cch@aubin s]$ ls -l
总用量 56
-rwxrwxr-x. 1 cch cch 14176 10月 23 19:09 a.out
-rwxrwxrwx. 1 cch cch 106 11月 26 17:10 demo
-rwxrwxr-x. 1 cch cch 8824 11月 27 14:00 fifo
-rwxrwxr-x. 1 cch cch 8720 11月 27 14:00 fifo2
-rw-rw-r--. 1 cch cch 369 11月 27 13:57 fifo2.c
-rw-rw-r--. 1 cch cch 482 11月 27 13:52 fifo.c
-rw-rw-r--. 1 cch cch 206 11月 7 11:00 file.c
[cch@aubin s]$
讨论
有名管道和无名管道的区别
无名管道
匿名性： 未命名管道是一种临时通信机制，没有明确的文件系统路径或标识符。它通常是由一个进程创建，并通过进程间的文件描述符传递给另一个进程使用。
单向通信： 未命名管道是单向的，无名管道的读端和写端是固定的，只能支持单向的数据流。通常，一个进程作为写入端，而另一个进程作为读取端。
生命周期： 未命名管道的生命周期与创建它的进程相关。当创建它的进程终止时，管道也会被销毁。
通信限制： 未命名管道通常在具有亲缘关系的进程之间使用，因为它们共享同一个父进程。
命名管道：
命名： 命名管道在文件系统中有一个明确的路径名，可以通过文件系统访问。它有一个标识符，允许不相关的进程通过路径名进行通信。
双向通信： 命名管道支持双向通信，进程可以通过相同的路径名进行读取和写入。
生命周期： 命名管道的生命周期不依赖于创建它的进程。它可以持续存在，直到显式地被删除或系统关闭。
通信范围： 命名管道允许不相关的进程进行通信，因为它们可以通过路径名引用。
无名管道和有名管道都不支持seek操作
代码展示如何实现管道的重定向IO
使用无名管道时，还可以搭配使用close()关闭文件描述符和dup()复制管道文件描述符来实现输入输出标准的重定向。
#defiine STD_INPUT 0
#define STD_OUTPUT 1
int main()
{
int fd[2];
int pid;
char str[256];
if (pipe(fd)<0) {
perror(“pipe create error!”);
exit(1);
}
if ((pid = fork())==-1) {
perror(“process fork error!”);
exit(1)；
}
if (pid == 0) {//子进程
close(fd[0]);
close(STD_OUTPUT);
dup(fd[1]);
close(fd[1]);
printf(“abc\n”);//把数据输出到管道，管道写数据
}
else {//父进程
close(fd[1]);
close(STD_INPUT);
dup(fd[0]);
close(fd[0]);
fgets(str,sizeof(str),stdin);//从键盘输入数据到管道，管道读数据
printf(“%s\n”,str);
}
}
写代码表示两个程序的管道通信
//pipe4.c
#include# 0表示键盘，从键盘中读取输入并且输出
[cch@aubin os]$gcc pipe4.c -o pipe
[cch@aubin os]$ ./pipe 0
123466
4947-read 7 bytes:123466
[cch@aubin os]$
#include[cch@aubin os]$ gcc demo.c
[cch@aubin os]$ ./a.out
father:Wrote 3 bytes
argv[1]=3
6098-read 3 bytes:123
[cch@aubin os]$