Linux 进程间通信

秒速五厘米 2022-06-10 01:40 264阅读 0赞

# 进程间通信 #

*  数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程，发送的数据量在一个字节到几兆字节之间。
 *  共享数据：多个进程想要操作共享数据，一个进程对共享数据的修改，别的进程应该立刻看到。
 *  通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它(它们)发生了某种事件。
 *  资源共享：多个进程之间共享同样的资源。为了作到这一点，需要内核提供锁和同步机制。
 *  进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行(如Debug进程)，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，并能够及时知道它的状态改变。

## 信号 ##

通过注册信号与全局变量的结合达到进程间通信  
优点：实时，不阻塞  
缺点：不安全，内容固定  
案例：

void func(int n)
    {
        printf("ping\n");
         // how to send signal 4 to the second process?
    }
    void func2(int n)
    {
      printf("pong\n");
      // how to send signal 3 to the first process?
    }
    int main()
    {
      pid_t pid;
      int i;
      for(i = 0; i < 2; i++){
        pid = fork();
        if(pid == 0){
          if(i == 0){
            signal(3, func);
          }else{
            signal(4, func2);
          }
          while(1);
        }else{
          if(i == 1){
            sleep(3);
            // how to send signal 3 to the first child process?
            sleep(3);
            // how to kill the two children?
          }
        }
      }
      return 0;
    }

## 管道 ##

*  管道是针对于本地计算机的两个进程之间的通信而设计的通信方法，管道建立后，实际获得两个文件描述符：一个用于读取而另外一个用于写入。
 *  最常见的IPC机制，通过pipe系统调用。
 *  管道是单工的，数据只能向一个方向流动，需要双向通信时，需要建立起两个管道。
 *  数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。
 *  通过打开两个管道来创建一个双向的管道
 *  管道是阻塞性的，当进程从管道中读取数据，若没有数据进程会阻塞。
 *  当一个进程往管道中不断地写入数据但是没有进程去读取数据，此时只要管道没有满是可以的，但若管道放满数据的则会报错。

### 匿名管道 ###

*  在关系进程中进行(父进程和子进程、兄弟进程之间)
 *  由pipe系统调用，管道由父进程建立。
 *  管道位于内核空间，其实是一块缓存。
 *  int pipe(int fd\[2\]);  
    
    
     *  功能：创建匿名管道pipe
     *  返回: 成功返回0 ，出错返回-1
     *  fd\[0\]： 为pipe的读端，用于读取管道；fd\[1\]： 为pipe的写端，用于写入管道

案例：

int main()
    {
      //匿名管道,第一步：定义一个整型的长度为2的数组
      int fd[2] = { };
      if(pipe(fd)){
        perror("管道创建失败\n");
        exit(-1);
      }
      int pid = fork();
      if(pid == 0){
       //子进程 -- 读消息
        close(fd[1]);
        while(1){
          printf("子进程正在等待消息...\n");
          char buffer[1024] = " ";
          read(fd[0],buffer,1024) ;
          printf("读取到%s\n",buffer);
          if(strcmp(buffer,"end") == 0) break;
        }
        close(fd[0]);
      }else if(pid > 0){
       //父进程 -- 写消息
        close(fd[0]);
        while(1){
          char buffer[1024] = " ";
          printf("请输入你要发送的内容\n");
          scanf("%s",buffer);
          write(fd[1],buffer,strlen(buffer));
          if(strcmp(buffer,"end") == 0) break;
        }
        wait(NULL);
      }else{
        perror("进程创建失败\n");
        exit(-1);
      }
      return 0;
    }

### 命名管道 ###

*  两个没有任何关系的进程之间通信可通过命名管道进行数据传输，本质是内核中的一块缓存，另在文件系统中以一个特殊的设备文件(管道文件)存在。
 *  只要对FIFO有适当访问权限，FIFO可用在任何两个没有任何关系的进程之间通信。
 *  本质是内核中的一块缓存，另在文件系统中以一个特殊的设备文件(管道文件)存在。
 *  在文件系统中只有一个索引块存放文件的路径，没有数据块，所有数据存放在内核中。
 *  命名管道必须读和写同时打开，否则单独读或者单独写会引发阻塞。
 *  对FIFO的操作与操作普通文件一样，一般的文件I/O函数都可用于FIFO。
 *  通过系统调用mkfifo创建
 *  int mkfifo(const char \* pathname, mode\_t mode);  
    
    
     *  功能：创建命名管道
     *  返回：若成功则返回0 ，出错返回-1

案例：

int main()
    {
      if(access("pipe",F_OK)){
        if(mkfifo("pipe",0664)){
          perror("创建管道文件失败\n");
          exit(-1);
        }
      }
      int fd = open("pipe",O_RDWR);
      if(fd < 0){
        perror("打开文件失败\n");
        exit(-1);
      }
      while(1){
        char buffer[1024] = " ";
        printf("请输入内容\n");
        fgets(buffer,1024,stdin);
        write(fd,buffer,strlen(buffer));
        if(strcmp(buffer,"end") == 0) break;
      }
      close(fd);
      return 0;
    }
    int main()
    {
      if(access("pipe",F_OK)){
        if(mkfifo("pipe",0664)){
          perror("创建管道文件失败\n");
          exit(-1);
        }
      }
      int fd = open("pipe",O_RDWR);
      if(fd < 0){
        perror("打开文件失败\n");
        exit(-1);
      }
      while(1){
        char buffer[1024] = " ";
        read(fd,buffer,1024);
        printf("%s\n",buffer);
        if(strcmp(buffer,"end") == 0) break;
      }
      close(fd);
      return 0;
    }

### popen管道 ###

*  The popen() function opens a process by creating a pipe, forking, and invoking the shell.
 *  FILE \*popen(const char \*cmdstring, const char \*type);  
    
    
     *  返回值: 成功返回文件指针，出错返回NULL
 *  int pclose(FILE \*fp);  
    
    
     *  返回值: cmdstring 的终止状态，出错返回-1

案例：

int main()
    {
      // FILE *popen(const char *command, const char *type);
      // command:执行的shell命令
      // type：打开方式。只能是 "r"，或者"w"其他都会报错
      // 本质上：创建一个管道，执行command命令，并将执行的结果保存到管道里面。 
      FILE* fp = popen("ls","r");
      if(fp == NULL){
        perror("创建管道失败\n");
        exit(-1);
      }
      while(1){
        char buffer[1024] = " ";
        if(fgets(buffer,1024,fp) == NULL)   break;
        printf("%s",buffer);
      }
      printf("\n");
      pclose(fp);
      return 0;
    }

## 消息队列 ##

## 共享内存 ##

## 信号量 ##