进程间通信

港控/mmm° 2022-05-25 09:42 364阅读 0赞

## 进程间通信的基本概念 ##

进程间通信意味着两个不同进程间可以交换数据，操作系统中应提供两个进程可以同时访问的内存空间。

### 通过管道实现进程间通信 ###

基于管道(PIPE)的进程间通信结构模型：

![70][]

通过管道完成进程间通信。管道不是进程的资源，属于操作系统的。两个进程通过操作系统提供的内存空间进行通信。

创建管道的函数：

![70 1][]

父进程调用该函数时创建管道，同时获取对应于出入口的文件描述符。父进程的目的是与子进程进行数据交换，因此需要将入口或出口中的1个文件描述符传递给子进程。调用fork函数传递。

示例：pipe1.c

#include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    #define BUF_SIZE 30
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
    	int fds[2];
    	char str[] = "Who are you?";
    	char buf[BUF_SIZE];
    	pid_t pid;
    
    	pipe(fds);				//创建管道,fds数组中保存用于I/O的文件描述符
    	pid = fork();			//子进程将同时拥有管道的I/O文件描述符。
    	if (pid == 0)
    	{
    		write(fds[1],str,sizeof(str));		//fds[1]为管道入口
    	}
    	else 
    	{
    		read(fds[0],buf,BUF_SIZE);			//fds[0]为管道出口	
    		puts(buf);
    	}
    	return 0;
    }

运行结果：

![70 2][]

上例中，父子进程都可以访问管道的I/O路径，但子进程仅用输入路径，父进程仅用输出路径。

![70 3][]

### 通过管道进行进程间双向通信 ###

管道进行双向数据交换的通信方式：

![70 4][]

示例：pipe2.c

/* 双向通信的管道 */
    #include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    #define BUF_SIZE 30
    
    int main(int argc,char *argv[])
    {
    	int fds[2];
    	char str1[] = "Who are you?";
    	char str2[] = "Thank you for your message!";
    	char buf[BUF_SIZE];
    	pid_t pid;
    
    	pipe(fds);
    	pid = fork();
    	if (pid == 0)
    	{
    		write(fds[1],str1,sizeof(str1));		//传输数据
    		sleep(2);                               //睡眠两秒，避免被下一行的read函数读取了数据。
    		read(fds[0],buf,BUF_SIZE);
    		printf("Child proc output: %s \n",buf);	//接收数据
    	}
    	else 
    	{
    		read(fds[0],buf,BUF_SIZE);				//接收数据
    		printf("Parent proc output: %s \n",buf);
    		write(fds[1],str2,sizeof(str2));		//传输数据
    		sleep(3);		//睡眠,防止父进程在子进程输出之前结束
    	}
    	return 0;
    }

运行结果：

![70 5][]

在管道中，先通过read函数读取数据的进程将得到数据。这就是19行使用sleep函数的原因所在。

只用1个管道进行双向通信并非易事，需要预测并控制运行流程。因此创建2个管道完成双向通信，各自负责不同的数据流动即可：

![70 6][]

由上图可知，是用2个管道可以避免程序流程的预测或控制。

示例: pipe3.c

/* 双管道实现进程间通信 */
    #include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    #define BUF_SIZE 30
    
    int main(int argc,char *argv[])
    {
    	int fds1[2],fds2[2];
    	char str1[] = "Who are you?";
    	char str2[] = "Thank you for your message!";
    	char buf[BUF_SIZE];
    	pid_t pid;
    
    	pipe(fds1), pipe(fds2);						//创建两个管道
    	pid = fork();
    	if (pid == 0)
    	{
    		write(fds1[1],str1,sizeof(str1));	//子进程通过数组fds1传输数据
    		read(fds2[0],buf,BUF_SIZE);
    		printf("Child proc output: %s \n",buf);
    	}
    	else 
    	{
    		read(fds1[0],buf,BUF_SIZE);
    		printf("Parent proc output: %s \n",buf);	
    		write(fds2[1],str2,sizeof(str2));	//父进程通过数组fds2传输数据
    		sleep(3);
    	}
    	return 0;
    }

运行结果:

![70 7][]

## 运用进程间通信 ##

### 保存消息的回声服务器端 ###

扩展echo\_mpserv.c，添加如下功能：

\----“将回声客户端传输的字符串按序保存到文件中。”

/* 实现并发服务器端 */
    /* echo_storeserv.c */
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    #include<unistd.h>
    #include<signal.h>
    #include<sys/wait.h>
    #include<arpa/inet.h>
    #include<sys/socket.h>
    
    #define BUF_SIZE 100
    void error_handling(char *message)
    {
    	fputs(message,stderr);
    	fputc('\n',stderr);
    	exit(1);
    }
    
    /* Handler */
    void read_childproc(int sig)
    {
    	pid_t pid;
    	int status;
    	pid = waitpid(-1,&status,WNOHANG);
    	printf("removed proc id: %d \n",pid);
    }
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
    	int serv_sock, clnt_sock;
    	struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    	int fds[2];
    
    	pid_t pid;
    	struct sigaction act;
    	socklen_t adr_sz;
    	int str_len, state;
    	char buf[BUF_SIZE];
    	if (argc != 2) {
    		printf("Usage: %s <port> \n",argv[0]);
    		exit(1);
    	}
    
    	act.sa_handler = read_childproc;			//设置信号处理函数
    	sigemptyset(&act.sa_mask);
    	act.sa_flags = 0;
    	state = sigaction(SIGCHLD,&act,0);			//子进程终止时调用Handler
    	
    	serv_sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    	memset(&serv_adr,0,sizeof(serv_adr));
    	serv_adr.sin_family = AF_INET;
    	serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    	serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    
    	if (bind(serv_sock,(struct sockaddr*)&serv_adr,sizeof(serv_adr)) == -1)
    		error_handling("bind() error");
    	if (listen(serv_sock,5) == -1)
    		error_handling("listen() error");
    
    	pipe(fds);
    	pid = fork();
    	if (pid == 0)
    	{
    		FILE* fp = fopen("echomsg.txt","wt");
    		char msgbuf[BUF_SIZE];
    		int i, len;
    
    		for (i = 0; i < 10; i++ )
    		{
    			len = read(fds[0],msgbuf,BUF_SIZE);	//从管道出口fds[0]读取数据并保存到文件中
    			fwrite((void*)msgbuf,1,len,fp);		
    		}
    		fclose(fp);
    		return 0;
    	}
    
    
    	while (1) 
    	{
    		adr_sz = sizeof(clnt_adr);
    		clnt_sock = accept(serv_sock,(struct sockaddr*)&clnt_adr,&adr_sz);
    		if (clnt_sock == -1)
    			continue;
    		else 
    			puts("new client connected...");
    		
    		pid = fork();
    		if (pid == 0)		//子进程运行区域
    		{
    			close(serv_sock);
    			while((str_len = read(clnt_sock,buf,BUF_SIZE)) != 0)
    			{	
    				write(clnt_sock,buf,str_len);
    				write(fds[1],buf,str_len);		//将从客户端接收到的数据写入到管道入口fds[1]中
    			}
    
    			close(clnt_sock);
    			puts("client disconnected...");
    			return 0;		//调用Handler
    		}
    		else				//父进程运行区域
    			close(clnt_sock);
    	}
    	close(serv_sock);
    	return 0;
    }

运行结果自行测试(可开多个客户端多进程传输，结果保存在echomsg.txt)

[70]: /images/20220525/1c708ba2d2cf4391a01c716ba00c1e9a.png
[70 1]: /images/20220525/41fc820751f3458f9cd2322f823e2de8.png
[70 2]: /images/20220525/3a50506032814bfa977e23eb9c309085.png
[70 3]: /images/20220525/09adf2e943e8432dbe6839aadd0da1be.png
[70 4]: /images/20220525/349df3658fc249cb8544194f3f6b30f5.png
[70 5]: /images/20220525/a3178f9706154f72a9d447e0658d608d.png
[70 6]: /images/20220525/f8273f0d0acf4697af07793049a09585.png
[70 7]: /images/20220525/b423b54d30654d44be19b8cbdfa1a2ce.png