【Linux】管道实现进程间通信

拼搏现实的明天。 2022-05-28 19:59 279阅读 0赞

## 一. 进程间通信(IPC) ##

我们知道进程之间都是相互独立的，任何一个进程的全局变量在另一个进程中是看不到的，如果进程之间需要交换数据就要通过内核。进程间通信(InterProcess Communication)的本质就是让两个进程看到共同的资源。

##### 进程间通信的目的 #####

1.  数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程
2.  资源共享：多个进程之间共享同样的资源
3.  通知事件：一个进程需要向另一个进程发送消息，通知其发生了某种事情（比如进程终止父进程告诉子进程）
4.  进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行，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，能够及时知道它的状态改变。

##### 进程间通信的分类 #####

1.  管道：匿名管道，命名管道
2.  System V IPC:消息队列，共享内存，信号量
3.  POSIX IPC：消息队列，共享内存，信号量，互斥量，读写锁，条件变量

## 二. 管道(pipe) ##

我们把一个进程连接到另一个进程的一个数据流称之为管道，是Unix中最古老的进程间通信形式。我们可以分为匿名管道和命名管道。

#### 1. 匿名管道 ####

###### 特点： ######

*  只能用于具有血缘关系的进程之间通信
 *  生命周期随进程，进程退出，管道释放
 *  管道是半双工的，数据只能从一个方向传输
 *  管道是基于字节流的
 *  管道是自带同步机制的，在保证数据安全的前提下，按照特定顺序访问临界资源

###### 函数原型 ######

#include <unisted>
    int pipe(int fd[2]);

功能：创建一个匿名管道  
参数：fd文件描述符数组，其中fd\[0\]表示读，fd\[1\]表示写  
返回值：成功返回0，失败返回错误代码

###### 例子 ######

![这里写图片描述][70]

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<unistd.h>
    #include<string.h>
    
    int main()
    {
        int fd[2]={
       0};
        if(pipe(fd)==-1)
        {
            perror("pipe");
            return 1;
        }
    
        pid_t pid;
        pid=fork();
        if(pid==-1)
        {
            perror("fork");
            return 2;
        }
    
        if(pid==0)
        {
            //child
            close(fd[0]);
            int a=5;
            char *buf="Hello, I am your child";
            while(a--)
            {
                write(fd[1], buf, strlen(buf));
                sleep(1);
            }
        }
        else
        {
            //Parent
            close(fd[1]);
            while(1)
            {
                char buf[1024]={
       0};
                ssize_t s = read(fd[0], buf, sizeof(buf)-1);
                buf[s]=0;
                if(s>0)
                {
                    printf("Parent: %s\n", buf);
                }
                else if(s==0) 
                {
                    printf("quit\n");
                    break;
                }else
                {
                    perror("read");
                    return 3;
                }
            }
        }
        return 0;
    }

如果写端的文件描述符关闭，那么读端一直读到文件结尾返回0；  
如果写端的文件描述符没有关闭并且写端不写数据，那么读端读完一直等待；  
如果写端一直写数据，读端不读，那么写端写满一直等待直到开始读数据；  
如果写端一直写数据，读端不读并且关闭文件描述符，那么系统会结束掉写的进程。

#### 2.命名管道 ####

###### 特点： ######

*  命名管道是一种特殊类型的文件
 *  命名管道可以用于不具有血缘关系的进程
 *  除此之外与匿名管道基本相似

###### 函数原型 ######

#include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

功能：创建命名管道  
参数：pathname表示管道文件路径，mode表示文件权限  
返回值：成功返回0，失败返回-1，错误原因存于errno中

###### 例子 ######

client.c

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<unistd.h>
    #include<fcntl.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<sys/stat.h>
    #include<string.h>
    int main()
    {
        int fd = open("mypipe", O_WRONLY);
        if(fd < 0)
        {
            perror("open");
            return 1;
        }
        char buf[1024] = {
       0};
        while(1)
        {
            printf("Please Enter # ");
            fflush(stdout);
            ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf)-1);
            if(s > 0)
            {
                buf[s] = 0;
                write(fd, buf, strlen(buf));
            }
            else if(s == 0)
            {
                printf("read finish");
                return 0;
            }
            else
            {
                perror("read");
                return 2;
            }
        }
        close(fd);
        return 0;
    }

server.c

#include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<unistd.h>
    #include<fcntl.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<sys/stat.h>
    
    int main()
    {
        umask(0);
        if(mkfifo("mypipe", 0644) < 0)
        {
            perror("mkfifo");
            return 1;
        }
        int fd = open("mypipe", O_RDONLY);
        if(fd < 0)
        {
            perror("open");
            return 2;
        }
    
        char buf[1024] = {
       0};
        while(1)
        {
            printf("Please wait...\n");
            ssize_t s = read(fd, buf, sizeof(buf)-1);
            if(s < 0)
            {
                perror("read");
                return 3;
            }
            else if(s == 0)
            {
                printf("client is quit\n");
                return 0;
            }
            else
            {
                buf[s-1] = 0;//为了去掉输入时的换行符，所以才s-1
                printf("client says # %s\n", buf);
            }
        }
        close(fd);
        return 0;
    }

![程序结果][70 1]

[70]: /images/20220529/6d0338c1af704e50b30c5d161c0d183c.png
[70 1]: /images/20220529/e8c823c4818d4090ac70029126a99bf8.png