【Linux操作系统】进程间通信（1）

一、认识进程间通信

进程间不能直接传递数据，因为进程具有独立性，直接传递会破坏进程的独立性。

进程间通信是什么？

一个进程把自己的数据交给另一个进程。

为什么要有进程间通信？

需要多个进程协同，共同完成一些事（数据共享、资源共享、通知事件、进程控制）

怎么做？

先让不同的进程看到同一份资源，这个同一份资源由操作系统提供。交换数据的内存，不能由通信双方的任何一个提供。

具体：因为操作系统提供空间有不同的方式，所以有不同的通信方式——管道、共享内存、消息队列、信号量

二、匿名管道

一个进程的PCB对象里面有指向files_struct类型结构体的指针，该结构体里面有文件描述符表，0-2分别指向的是系统默认打开的标准输入、标准输出和标准错误。当往一个文件（磁盘中的log.txt）写入数据，然后读取数据，共两次操作，struct file会有两个，一个是写的，另一个是读的（不同指针指向同一个文件）。w操作调用系统接口，将写入的数据给缓冲区，然后再刷新到磁盘的文件中；r操作，磁盘的文件的数据先到缓冲区，然后对应的系统接口再把数据读取出来。总之，写入和读取都是在缓冲区进行的，因为缓冲区也是内存，调用系统接口，就是运行某个程序，程序和磁盘中文件要加载到内存。如果让当前进程fork后创建一个子进程，那么子进程的文件描述符表里面的下标3和4也指向父进程指向的struct file，files_struct是进程的属性之一，所以创建子进程时子进程的PCB对象也有files_struct，而struct file是文件系统的，就一份。因此，此时的父子进程如图指向struct file的w文件和r文件，w和r指向同一个内存缓冲区，然后再到磁盘中的一个文件log.txt。
在这里插入图片描述
既然有创建子进程，就是要子进程办事的，如果让子进程w，父进程r，那么，子进程写的通过缓冲区刷新到磁盘文件中（写的时候，文件要先被加载到内存，即缓冲区，），然后，父进程通过缓冲区读取文件的信息（也是在缓冲区，即内存中。不管读写，都要先将文件加载到内存执行）。这样，子进程写的，父进程就能看到，所以，在这里父子进程通过缓冲区，即一块内存，就能够看到同一份资源的，这种方式或者说是通信方式就叫管道。

管道只能是单向通信。父进程最开始时的权限是rw，因为这样给子进程也是rw，然后关闭权限（父进程关闭w，子进程关闭r，注意，父进程刚开始不能只有一个r或w，因为不能新打开权限），一个读，一个写。

为了实现管道通信，OS提供了系统调用pipe() 。pipefd数组得到两个fd，分别是读r和写w（输出型参数）
在这里插入图片描述
特点：不需要向磁盘刷新内容，它不是一个文件，磁盘中也不存在这个文件。也就是说它会有一块内存，但是与磁盘无关，它是一个内存级文件，没有名字，是匿名的，一般就叫它——管道。

匿名管道如何让不同的进程看到同一份资源？创建子进程，子进程继承父进程相关的属性信息。只能具有“血缘”关系的进程可以进程间通信，常用于父子进程。

代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>void reader(int rfd)
{char buffer[1024];while(1){ssize_t n = read(rfd, buffer, sizeof(buffer));printf("message: %s\n", buffer);sleep(1);}
}
void writer(int wfd)
{char* str = "I am father";char buf[1024];int cnt = 1;pid_t pid = getpid();while(1){snprintf(buf, sizeof(buf), "message: %s, pid: %d, cnt: %d", str, pid, cnt);write(wfd, buf, sizeof(buf));cnt++;sleep(1);}
}
int main()
{//1、创建管道int pipefd[2];int n = pipe(pipefd);if(n < 0) return 1;//2、创建子进程pid_t id = fork();if(id == 0){//子进程读close(pipefd[1]);//关闭写reader(pipefd[0]);//读exit(0);}//父进程写close(pipefd[0]);//关闭读writer(pipefd[1]);//写wait(NULL);//防止僵尸return 0;
}

在这里插入图片描述
4种情况：一、管道内部没有数据，并且写端没有关闭，那么读端就要阻塞等待，直到pipe有数据；二、管道内部被写满，并且读端不关闭，那么写端写满之后，就要阻塞等待；三、对于写端，不写了，并且管道关闭，那么读端会把管道内的所有数据读完，最后读到返回值为0，表示读结束；四、读端不读并且关闭，写端在写，那么操作系统就会直接终止写入的进程

5种特性：一、自带同步机制（管道内部有数据，读端就读，没有就等待；管道没有写满，写端就写，满了就等待）；二、血缘关系进程间通信，常见于父子进程；三、pipe是面向字节流的（写可能是一个一个的写，但是读可以一次性全部读出来）；四、父子进程退出，管道自动释放，文件的生命周期是随进程的；五、管道只能单向通信。

命令行管道| 本质是匿名管道

三、命名管道

两个特点：1、让不同进程看到同一份资源；2、让没有亲缘关系的进程可以进行通信
在这里插入图片描述

怎么保证两个不同的进程打开的是同一个文件？找到文件：文件名+文件路径

系统调用接口：mkfifo、unlink
在这里插入图片描述

验证代码：
两个不相干的进程，一个发送消息，另一个接收

Comm.hpp

#ifndef __COMM_HPP__
#define __COMM_HPP__#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <cstdlib>
#include <fcntl.h>using namespace std;
#define Mode 0666
#define Path "fifo"class Fifo
{
public:Fifo(const string &path) : _path(path){umask(0);//创建管道int n = mkfifo(_path.c_str(), Mode);if(n == 0){cout << "fifo create success" <<endl;}else {cout << "fifo fail, errno: " << errno << " stringerrno: " << strerror(errno) << endl;}}~Fifo(){//删除管道，管道也是文件int n = unlink(_path.c_str());if(n == 0){cout << "fifo remove success" <<endl;}else {cout << "fifo remove, errno: " << errno << " stringerrno: " << strerror(errno) << endl;}}private:string _path;//文件名+文件路径
};#endif

pipeServer.cc

#include "Comm.hpp"int main()
{Fifo fifo(Path);//实例化//打开文件int rfd = open(Path, O_RDONLY);if(rfd < 0){cout << "open fail, errno: " << errno << " stringerrno: " << strerror(errno) << endl;return 1;}char buffer[1024];while(true){ssize_t n = read(rfd, buffer, sizeof(buffer)-1);if(n > 0)//读取成功{buffer[n] = 0;cout << "message: " <<buffer<<endl;}else if(n == 0)//读停止 {cout << "read quit.. " <<endl;break;}else //读失败{cout << "read fail, errno: " << errno << " stringerrno: " << strerror(errno) << endl;break;}}close(rfd);//关闭文件return 0;
}

pipeClient.cc

#include "Comm.hpp"int main()
{//打开文件int wfd = open(Path, O_WRONLY);if(wfd < 0){cout << "open fail, errno: " << errno << " stringerrno: " << strerror(errno) << endl;return 1;}string buffer;while(true){cout << "Please message# ";getline(cin, buffer);ssize_t n = write(wfd, buffer.c_str(), buffer.size());if(n < 0){cout << "write fail, errno: " << errno << " stringerrno: " << strerror(errno) << endl;break;}}close(wfd);//关闭文件return 0;
}