linux--多进程开发（5）--进程间通信（IPC)、linux间通信的方式、管道

进程间通讯概念

每两个进程之间都是独立的资源分配单元，不同进程之间不能直接访问另一个进程的资源。
但不同的进程需要进行信息的交互和状态的传递等，因此需要进程间通信（IPC,inter processes cimmunication)
进程通信的目的：

数据传输，一个进程将其数据传输给另一个进程
通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发消息，通知发生了某种事件（例如进程终止时要通知父进程）
资源共享：多个进程之间共享同样的资源。需要内核提供互斥和同步机制
进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行，例如GDB调试，此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能够及时指导它的状态和改变

linux进程通信的方式（重点）

记住！！！最右侧的这些
在这里插入图片描述

管道

是一个在内核内存中维护的缓冲器（我个人理解就跟那个IO缓冲区类似），其存储能力有限，不同操作系统大小不一定相同。
管道拥有文件的特质：读操作，写操作

匿名管道没有文件实体
有名管道有文件实体，但不存储数据。可按照操作文件的方式对管道进行操作

一个管道是一个字节流，不存在消息边界的概念，从管道读取数据的进程可以读取任意大小的数据块，无论写入多少
管道传递的数据是顺序的，读取和写入的数据顺序是一致的；管道属于半双工，传递是单向的，一端写入一端读取。
从管道内读取了数据，就会从管道中被抛弃，释放空间以便写入更多数据，在管道中无法使用lseek()来随机的访问数据
匿名管道只能在具有公共祖先的进程（父进程与子进程，或者两个兄弟进程，具有亲缘关系之间使用），就像一个父fork了一个子，他们具有相同的文件描述符表，其中的两个文件描述符表指向管道的写入端和读端，因此只能在具有公共祖先的进程中。
在这里插入图片描述
管道是一个循环队列。

匿名管道

是unix系统IPC(进程间通信）的最古老形式，所有的UNIX系统都支持这种通信机制

创建匿名管道
一个传出数组，0代表读端，1代表写端

int pipe(int pipefd[2])* 功能：创建一个匿名管道，用来进程间通信。* 参数：`int pipefd[2]` 这个数组是一个传出参数。传出两个文件描述符到这个数组里* `pipefd[0]` 对应的是管道的读端* `pipefd[1]` 对应的是管道的写端* 返回值：成功 0，失败 -1

管道默认是阻塞的，如果管道中没有数据，read阻塞；如果管道满了，write阻塞。
并且管道一定要在子进程创建之前生成，这样父和子才有相同的文件描述符用于代表同一个管道两端。
eg：一个子父子进程管道示意图：
在这里插入图片描述

查看管道缓冲大小的命令：ulimit –a 在linux中有八个块，每个521bytes，即4k
查看管道缓冲大小的函数：long fpathconf(int fd, int name);
eg:双向发送，注意父子进程的读写顺序
父先读再写，子先写再读。sleep是为了防止读的太快或者写得太快，导致很多积压最后一齐迸发信息的情况。但实际工程上没有这样的，都是用的close(pipefd[0])这样的

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main() {// 在fork之前创建管道int pipefd[2];int ret = pipe(pipefd);if(ret == -1) {perror("pipe");exit(0);}// 创建子进程pid_t pid = fork();if(pid > 0) {// 父进程printf("i am parent process, pid : %d\n", getpid());// 关闭写端// close(pipefd[1]);// 从管道的读取端读取数据char buf[1024] = {0};while(1) {int len = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));printf("parent recv : %s, pid : %d\n", buf, getpid());//向管道中写入数据char * str = "hello,i am parent";write(pipefd[1], str, strlen(str));sleep(1);}} else if(pid == 0){// 子进程printf("i am child process, pid : %d\n", getpid());// 关闭读端// close(pipefd[0]);char buf[1024] = {0};while(1) {// 向管道中写入数据char * str = "hello,i am child";write(pipefd[1], str, strlen(str));sleep(1);//从管道读数据int len = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));printf("child recv : %s, pid : %d\n", buf, getpid());bzero(buf, 1024);}}return 0;
}

eg：如果要实现ps aux的实例

父进程：先创建管道，然后fork->
子进程：重定向输出到pipefd[1]，关闭读端，然后execlp(“ps”,…),这些进程结束之后，数据发还给父进程 ->
父进程：获取到数据并打印

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <wait.h>int main() {// 创建一个管道int fd[2];int ret = pipe(fd);if(ret == -1) {perror("pipe");exit(0);}// 创建子进程pid_t pid = fork();if(pid > 0) {// 父进程// 关闭写端，必须要有，否则程序不会结束close(fd[1]);// 从管道中读取char buf[1024] = {0};int len = -1;while((len = read(fd[0], buf, sizeof(buf) - 1)) > 0) {  //read返回读取的字节// 过滤数据输出printf("%s", buf);memset(buf, 0, 1024);  //把buf清空}wait(NULL);  //回收子进程用} else if(pid == 0) {// 子进程// 关闭读端close(fd[0]);// 文件描述符的重定向 stdout_fileno -> fd[1]dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);  //STDOUT_FILENO是一个宏，将原始这个定向到fd[1]这里// 执行 ps auxexeclp("ps", "ps", "aux", NULL);perror("execlp");exit(0);} else {perror("fork");exit(0);}

管道读写的特点总结

读管道
- 管道中有数据，read返回实际读到的字节数
- 管道中无数据
  - 写端被全部关闭，read返回0（相当于读到文件的末尾）
  - 写端没有完全关闭，read阻塞等待
写管道
- 管道读端全部被关闭，进程异常终止（进程收到SIGPIPE信号）
- 管道读端没有全部关闭：
  - 管道已满，write阻塞
  - 管道没有满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数

有名管道

匿名管道用于具有亲缘关系的进程间通信，为了克服这一问题，提出了有名管道。
**有名管道提供了一个路径名与之关联，以fifo文件的形式存在于文件系统中。**对它进行读写的操作和普通文件是一样的，因此任意两个本机的进程都可以通过访问该路径来使用管道。

通过使用命令来创建有名管道

mkfifo 管道名

或者是通过函数来创建管道名

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
参数：路径名，打开状态0664什么的

有名管道读写特点

当读时 (基于read函数)

管道内有数据返回读入的字符数
管道内无数据
- 写端未完全关闭，阻塞，等待下一次的输入
- 写端完全关闭，返回0，相当于读到末尾

当写时（基于write函数)

读端未完全关闭
- 有名管道已满 write阻塞
- 未满继续写，并返回写入的字节数
读端完全关闭会返回SIGPIP的信号，管道破裂，退出

e.g.两个进程相互交流的案例，简易版聊天。
需要两个管道，一个管道用于进程A写进程B读，一个管道用于进程A读进程B写。但是不能一直连续的读写，只能等另一端先写读到之后再进行写，因为没有创建父子进程

先创建两个管道，然后利用只读和只写分别打开这两个管道
进入while(1)的循环中，A进程先写然后等待读，B进程先读然后等待写。不然会出现你必须得写了才能读到数据，先执行write这一步然后才能执行read不然会阻塞再write而收不到对方的消息。

CHATA.C
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main() {int ret = access("fifo1", F_OK);if (ret == -1) {printf("fifo1文件不存在，创建对应的有名管道\n");ret = mkfifo("fifo1",0664);if (ret == -1) {perror("mkfifo");exit(0);}}ret = access("fifo2", F_OK);if (ret == -1) {printf("fifo2文件不存在，创建对应的有名管道\n");ret = mkfifo("fifo2",0664);if (ret == -1) {perror("mkfifo");exit(0);}}//以只写的方式打开管道2int fdw = open("fifo1", O_WRONLY);if (fdw == -1) {perror("open");exit(0);}printf("打开管道fifo1成功，等待写入....\n");//以只读的方式打开管道1int fdr = open("fifo2", O_RDONLY);if(fdr == -1) {perror("open");exit(0);}printf("打开管道fifo2成功，等待读取....\n");char buf[128];//循环写和读数据while(1) {memset(buf,0,sizeof(buf));//获取标准输入的数据fgets(buf,128,stdin); //stdin代表从键盘输入//写数据ret = write(fdw,buf,strlen(buf));if(ret == -1) {perror("write");exit(0);}memset(buf,0,sizeof(buf));ret = read(fdr,buf, 128);if(ret <= 0) {perror("read");break;}printf("buf:%s\n", buf);}close(fdw);close(fdr);return 0;}

CHATB.C
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main() {int ret = access("fifo2", F_OK);if (ret == -1) {printf("fifo2文件不存在，创建对应的有名管道\n");ret = mkfifo("fifo2",0664);if (ret == -1) {perror("mkfifo");exit(0);}}//以只读的方式打开管道1int fdr = open("fifo1", O_RDONLY);if(fdr == -1) {perror("open");exit(0);}printf("打开管道fifo1成功，等待读取....\n");//以只写的方式打开管道2int fdw = open("fifo2", O_WRONLY);if (fdw == -1) {perror("open");exit(0);}printf("打开管道fifo2成功，等待写入....\n");char buf[128];//循环写和读数据while(1) {memset(buf,0,sizeof(buf));ret = read(fdr,buf, 128);if(ret <= 0) {perror("read");break;}printf("buf:%s\n", buf);memset(buf,0,sizeof(buf));//获取标准输入的数据fgets(buf,128,stdin); //stdin代表从键盘输入//写数据ret = write(fdw,buf,strlen(buf));if(ret == -1) {perror("write");exit(0);}}close(fdw);close(fdr);return 0;}