学习笔记——进程间通信之管道详解

重要概念！！！

进程间通信（IPC，InterProcess Communication）是指在不同进程之间传播或交换信息。

IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

管道

管道，顾名思义，是进程之间数据流输入输出的通道，我们称pipe管道，通常是把一个进程的输出通过管道连接到另一个进程的输入。管道又分为两种:无名管道（也就是我们说的管道）和FIFO（又称命名管道），FIFO和管道都是半双工，单向的数据通信。接下来看看二者有怎样的异同点。

管道（无名管道）

管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。

特点：

1. 它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。

2. 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。

3. 它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。

原型：

NAME
       pipe, pipe2 - create pipe

SYNOPSIS
       #include 

       int pipe(int pipefd[2]);

返回值：
若成功返回0

失败返回-1

---

当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符fd[0]和d[1]，其中fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开，关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。

单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以，通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。

若要数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（fd[0]）与子进程的写端（fd[1]）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程。

如下爬的图：

看看这个demo：

#include 
#include 
#include 
#include 

int main(){
	
	//int pipe(int pipefd[2]);
	int fd[2];
	pid_t pid;
	char *buf = "hello from father";	
	char readBuf[128];
	
	if(pipe(fd) == -1){	
		printf("create pipe failed!\n");
	}
	pid = fork();
	if(pid < 0){
		printf("fork failed!\n");
	}else if(pid > 0){	
		sleep(3);	
		printf("this is father\n");
		close(fd[0]);	
//		ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
		write(fd[1],buf,strlen(buf));
		wait();
	}else{
		printf("this is child\n");
		close(fd[1]);
//		ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
		read(fd[0],readBuf,strlen(buf));
//		printf("%s\n",readBuf);
		printf("%s\n",readBuf);
		exit(0);
		
	}
	
	return 0;
}

我们通过pipe创建管道，搭配fork使用，使用fork就说明父进程和子进程是依据系统调度进行的，不知道哪个先哪个后，所以当先执行子进程时，readbuf里面没有数据，会自己阻塞，将资源分配给父进程，父进程中write之后再去子进程中read

这里注意的是，我们在读的时候要关闭写，在写的时候要关闭读，如下图

FIFO（命名通道）

FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。

特点：

1. FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。

2. FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。（这里是特殊的设备文件形式，而管道是存在内存中。。注意区别）

原型：

NAME
       mkfifo - make a FIFO special file (a named pipe)

SYNOPSIS
       #include 
       #include 

       int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

pathname就是文件路径， mode 参数与open函数中的 mode 相同（可以看看里面的open函数mode学习笔记——Linux的open、write、read、lseek、close函数）。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。

返回值：

成功返回0
出错返回-1

当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（O_NONBLOCK）的区别：

若没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。可以理解为，我这边的只读进程阻塞了，进行不下去了，需要另一个只写进程来配合打开FIFO。

若指定了O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO。

我们看看demo是怎么使用的。。

read.c文件

#include 
#include 
#include 
#include 
#include     
#include 
#include 
#include 
int main(){
	
	int fd;
	char buf[128] = {0};
	int cnt = 0;

	//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
	if((mkfifo("./file",0600) == -1) && (errno == EEXIST)){
		printf("create fifo failed!\n");
		perror("because");
	}
//      int open(const char *pathname, int flags);
	fd = open("./file",O_RDONLY);
	if(fd < 0){
		printf("open fifo failed!\n");
		exit(-1);
	}else{
		printf("open successful!\n");
	}
//      ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
	while(1){	
		int nread = read(fd,buf,50);
		printf("read %d byte,context: %s\n",nread,buf);
		cnt++;
		if(cnt == 5){
			break;
		}
	}
	close(fd);
	return 0;
}

write.c文件


#include 
#include 
#include 
#include 
#include     
#include 
#include 
#include 
int main(){
	
	int fd;
	char *str = "message write by son;read for father";
	int cnt;
//      int open(const char *pathname, int flags);
	fd = open("./file",O_WRONLY);
	if(fd < 0){
		printf("open fifo failed!\n");
		exit(-1);
	}else{
		printf("open successful!\n");
	}
	while(1){
		sleep(2);	
		int nwrite = write(fd,str,strlen(str));
		if(nwrite < 0){
			printf("write failed!\n");
			exit(-1);
		}
		
		cnt++;
		if(cnt == 5){
			break;
		}	
	}
	close(fd);
	return 0;
}

这里我们模拟通信，在read.c文件创建管道只读打开，在write.c文件中只写打开，当我们输入执行read的时候，会阻塞，在另一命令框中输入write执行才会输出数据流read

注意：read文件中EEXIST实际上是mkfifo的error值，当error等于EEXIST表明这个file文件流已经存在了，这点也可以在perror中查看

结果如下：
为了不刷屏，设置了sleep和次数。

---

！！！这里记录下小失误

read中buf没有分配空间，不能使用strlen，可以使用sizeof或者直接数字大小
read(fd,buf,50);