【Linux】进程间通信(万字详解) —— 上篇

曾经终败给现在 2024-04-20 06:39 3阅读 0赞

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#### 目录 ####

*  🍁1. 进程间通信的介绍
 *   *  🍂1.1 进程间通信的概念
     *  🍂1.2 进程间通信的目的
     *  🍂1.3 进程间通信的本质
     *  🍂1.4 进程间通信的分类
 *  🍁2. 管道
 *   *  🍂2.1 什么是管道
     *  🍂2.2 匿名管道
     *   *  🍃2.2.1 匿名管道的原理
         *  🍃2.2.2 pipe函数
         *  🍃2.2.3 匿名管道使用步骤
         *  🍃2.2.4 管道读写规则
         *  🍃2.2.5 管道的特点
         *  🍃2.2.6 管道的四种特殊情况
         *  🍃2.2.7 管道的大小
     *  🍂2.3 命名管道
     *   *  🍃2.3.1 命名管道的原理
         *  🍃2.3.2 使用命令创建命名管道
         *  🍃2.3.3 创建一个命名管道
         *  🍃2.3.4 命名管道的打开规则
         *  🍃2.3.5 用命名管道实现serve&client通信
         *  🍃2.3.6 用命名管道实现派发计算任务
         *  🍃2.3.7 用命名管道实现进程遥控
         *  🍃2.3.8 用命名管道实现文件拷贝
         *  🍃2.3.8 命名管道和匿名管道的区别
         *  🍃2.3.9 命令行当中的管道

## 🍁1. 进程间通信的介绍 ##

### 🍂1.1 进程间通信的概念 ###

进程间通信简称IPC（Interprocess communication），进程间通信就是在不同进程之间传播或交换信息。

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### 🍂1.2 进程间通信的目的 ###

*  **数据传输**： 一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。
 *  **资源共享**： 多个进程之间共享同样的资源。
 *  **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，比如进程终止时需要通知其父进程。
 *  **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。

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### 🍂1.3 进程间通信的本质 ###

**进程间通信的本质就是，让不同的进程看到同一份资源。**

由于各个运行进程之间具有独立性，这个独立性主要体现在数据层面，而代码逻辑层面可以私有也可以公有（例如父子进程），因此各个进程之间要实现通信是非常困难的。

各个进程之间若想实现通信，一定要借助第三方资源，这些进程就可以通过向这个第三方资源写入或是读取数据，进而实现进程之间的通信，这个第三方资源实际上就是操作系统提供的一段内存区域。

![在这里插入图片描述][c0dbcdfe13ab47c7bc98f440c751248f.png]

因此，进程间通信的本质就是，让不同的进程看到同一份资源（内存，文件内核缓冲等）。 由于这份资源可以由操作系统中的不同模块提供，因此出现了不同的进程间通信方式。

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### 🍂1.4 进程间通信的分类 ###

**管道**

*  匿名管道
 *  命名管道

**System V IPC**

*  System V 消息队列
 *  System V 共享内存
 *  System V 信号量

**POSIX IPC**

*  消息队列
 *  共享内存
 *  信号量
 *  互斥量
 *  条件变量
 *  读写锁

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## 🍁2. 管道 ##

### 🍂2.1 什么是管道 ###

*  管道是Unix中最古老的进程间通信的形式。
 *  我们把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个“管道”

who命令和wc命令都是两个程序，当它们运行起来后就变成了两个进程，who进程通过标准输出将数据打到“管道”当中，wc进程再通过标准输入从“管道”当中读取数据，至此便完成了数据的传输，进而完成数据的进一步加工处理。

![在这里插入图片描述][61b58a32eb8244c482fcf431ea89ebd5.png]

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### 🍂2.2 匿名管道 ###

#### 🍃2.2.1 匿名管道的原理 ####

**匿名管道用于进程间通信，且仅限于本地父子进程之间的通信。**

进程间通信的本质就是，让不同的进程看到同一份资源，使用匿名管道实现父子进程间通信的原理就是，让两个父子进程先看到同一份被打开的文件资源，然后父子进程就可以对该文件进行写入或是读取操作，进而实现父子进程间通信。

![在这里插入图片描述][f620416728d942558f7a48c2d7d7a445.png]

**注意：**

*  这里父子进程看到的同一份文件资源是由操作系统来维护的，所以当父子进程对该文件进行写入操作时，该文件缓冲区当中的数据并不会进行写时拷贝。
 *  管道虽然用的是文件的方案，但操作系统一定不会把进程进行通信的数据刷新到磁盘当中，因为这样做有IO参与会降低效率，而且也没有必要。也就是说，这种文件是一批不会把数据写到磁盘当中的文件，换句话说，磁盘文件和内存文件不一定是一一对应的，有些文件只会在内存当中存在，而不会在磁盘当中存在。

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#### 🍃2.2.2 pipe函数 ####

pipe函数用于创建匿名管道，pip函数的函数原型如下：

int pipe(int pipefd[2])

pipe函数的参数是一个输出型参数，数组pipefd用于返回两个指向管道读端和写端的文件描述符：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>数组元素</th> 
   <th>含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>pipefd[0]</td> 
   <td>管道读端的文件描述符</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>pipefd[1]</td> 
   <td>管道写端的文件描述符</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

pipe函数调用成功时返回0，调用失败时返回-1。

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#### 🍃2.2.3 匿名管道使用步骤 ####

![在这里插入图片描述][b5ab5e0645fe45d8a87cc70305f31442.png]  
**在创建匿名管道实现父子进程间通信的过程中，需要pipe函数和fork函数搭配使用，具体步骤如下：**

*  父进程调用pipe函数创建管道

![在这里插入图片描述][0cece49058c447fbb63558265a04c88b.png]

*  父进程创建子进程

![在这里插入图片描述][b6391e43fa044c83a9ef22f3fd6f38e0.png]

*  父进程关闭写端，子进程关闭读端

![在这里插入图片描述][4b21cb4a002542e9848b227bfb862821.png]  
**注意：**

*  管道只能够进行单向通信，因此当父进程创建完子进程后，需要确认父子进程谁读谁写，然后关闭相应的读写端。
 *  从管道写端写入的数据会被内核缓冲，直到从管道的读端被读取。

**我们可以站在文件描述符的角度再来看看这三个步骤：**

![在这里插入图片描述][27012f099475464b8dbfed3f88c6b2de.png]

**在以下代码当中，子进程向匿名管道当中写入10行数据，父进程从匿名管道当中将数据读出。**

//child->write, father->read                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    
    int main()
    {
        
    	int fd[2] = {
         0 };
    	if (pipe(fd) < 0){
         //使用pipe创建匿名管道
    		perror("pipe");
    		return 1;
    	}
    	pid_t id = fork(); //使用fork创建子进程
    	if (id == 0){
        
    		//child
    		close(fd[0]); //子进程关闭读端
    		//子进程向管道写入数据
    		const char* msg = "hello father, I am child...";
    		int count = 10;
    		while (count--){
        
    			write(fd[1], msg, strlen(msg));
    			sleep(1);
    		}
    		close(fd[1]); //子进程写入完毕，关闭文件
    		exit(0);
    	}
    	//father
    	close(fd[1]); //父进程关闭写端
    	//父进程从管道读取数据
    	char buff[64];
    	while (1){
        
    		ssize_t s = read(fd[0], buff, sizeof(buff));
    		if (s > 0){
        
    			buff[s] = '\0';
    			printf("child send to father:%s\n", buff);
    		}
    		else if (s == 0){
        
    			printf("read file end\n");
    			break;
    		}
    		else{
        
    			printf("read error\n");
    			break;
    		}
    	}
    	close(fd[0]); //父进程读取完毕，关闭文件
    	waitpid(id, NULL, 0);
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][ec5b4374b606455eae251ab0b1b07082.png]

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#### 🍃2.2.4 管道读写规则 ####

pipe2函数与pipe函数类似，也是用于创建匿名管道，其函数原型如下：

int pipe2(int pipefd[2], int flags);

![在这里插入图片描述][8ca29887f73a4401af099affeb8bb833.png]

pipe2函数的第二个参数用于设置选项。

1、当没有数据可读时：

*  O\_NONBLOCK disable：read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来为止。
 *  O\_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。  
    2、当管道满的时候：
 *  O\_NONBLOCK disable：write调用阻塞，直到有进程读走数据。
 *  O\_NONBLOCK enable：write调用返回-1，errno值为EAGAIN。

3、如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0。  
4、如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE，进而可能导致write进程退出。  
5、当要写入的数据量不大于PIPE\_BUF时，Linux将保证写入的原子性。  
6、当要写入的数据量大于PIPE\_BUF时，Linux将不再保证写入的原子性。

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#### 🍃2.2.5 管道的特点 ####

**1. 管道内部自带同步与互斥机制。**

我们将一次只允许一个进程使用的资源，称为临界资源。管道在同一时刻只允许一个进程对其进行写入或是读取操作，因此管道也就是一种临界资源。

临界资源是需要被保护的，若是我们不对管道这种临界资源进行任何保护机制，那么就可能出现同一时刻有多个进程对同一管道进行操作的情况，进而导致同时读写、交叉读写以及读取到的数据不一致等问题。

为了避免这些问题，内核会对管道操作进行同步与互斥：

*  同步： 两个或两个以上的进程在运行过程中协同步调，按预定的先后次序运行。比如，A任务的运行依赖于B任务产生的数据。
 *  互斥： 一个公共资源同一时刻只能被一个进程使用，多个进程不能同时使用公共资源。

实际上，同步是一种更为复杂的互斥，而互斥是一种特殊的同步。对于管道的场景来说，互斥就是两个进程不可以同时对管道进行操作，它们会相互排斥，必须等一个进程操作完毕，另一个才能操作，而同步也是指这两个不能同时对管道进行操作，但这两个进程必须要按照某种次序来对管道进行操作。

也就是说，互斥具有唯一性和排它性，但互斥并不限制任务的运行顺序，而同步的任务之间则有明确的顺序关系。

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**2. 管道的生命周期随进程。**

管道本质上是通过文件进行通信的，也就是说管道依赖于文件系统，那么当所有打开该文件的进程都退出后，该文件也就会被释放掉，所以说管道的生命周期随进程。

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**3. 管道提供的是流式服务**

对于进程A写入管道当中的数据，进程B每次从管道读取的数据的多少是任意的，这种被称为流式服务，与之相对应的是数据报服务：

*  **流式服务**： 数据没有明确的分割，不分一定的报文段。
 *  **数据报服务**： 数据有明确的分割，拿数据按报文段拿。

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**4. 管道是半双工通信的**

在数据通信中，数据在线路上的传送方式可以分为以下三种：

*  **单工通信(Simplex Communication)**：单工模式的数据传输是单向的。通信双方中，一方固定为发送端，另一方固定为接收端。
 *  **半双工通信(Half Duplex)**：半双工数据传输指数据可以在一个信号载体的两个方向上传输，但是不能同时传输。
 *  **全双工通信(Full Duplex)**：全双工通信允许数据在两个方向上同时传输，它的能力相当于两个单工通信方式的结合。全双工可以同时(瞬时)进行信号的双向传输。

管道是半双工的，数据只能向一个方向流动，需要双方通信时，需要建立起两个管道。

![在这里插入图片描述][504257375c20459eb989b46620d2f51f.png]

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#### 🍃2.2.6 管道的四种特殊情况 ####

在使用管道时，可能出现以下**四种特殊情况**：

1.  写端进程不写，读端进程一直读，那么此时会因为管道里面没有数据可读，对应的读端进程会被挂起，直到管道里面有数据后，读端进程才会被唤醒。
2.  读端进程不读，写端进程一直写，那么当管道被写满后，对应的写端进程会被挂起，直到管道当中的数据被读端进程读取后，写端进程才会被唤醒。
3.  写端进程将数据写完后将写端关闭，那么读端进程将管道当中的数据读完后，就会继续执行该进程之后的代码逻辑，而不会被挂起。
4.  读端进程将读端关闭，而写端进程还在一直向管道写入数据，那么操作系统会将写端进程杀掉。

我们可以通过以下代码看看情况四中，子进程退出时究竟是收到了什么信号

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    int main()
    {
        
    	int fd[2] = {
         0 };
    	if (pipe(fd) < 0){
         //使用pipe创建匿名管道
    		perror("pipe");
    		return 1;
    	}
    	pid_t id = fork(); //使用fork创建子进程
    	if (id == 0){
        
    		//child
    		close(fd[0]); //子进程关闭读端
    		//子进程向管道写入数据
    		const char* msg = "hello father, I am child...";
    		int count = 10;
    		while (count--){
        
    			write(fd[1], msg, strlen(msg));
    			sleep(1);
    		}
    		close(fd[1]); //子进程写入完毕，关闭文件
    		exit(0);
    	}
    	//father
    	close(fd[1]); //父进程关闭写端
    	close(fd[0]); //父进程直接关闭读端（导致子进程被操作系统杀掉）
    	int status = 0;
    	waitpid(id, &status, 0);
    	printf("child get signal:%d\n", status & 0x7F); //打印子进程收到的信号
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][7dd4d52abb944efa804ddab92c49dcab.png]  
![在这里插入图片描述][0f2ccd163b204656a75622c531aee039.png]  
由此可知，当发生情况四时，操作系统向子进程发送的是SIGPIPE信号将子进程终止的。

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#### 🍃2.2.7 管道的大小 ####

管道的容量是有限的，如果管道已满，那么写端将阻塞或失败，那么管道的最大容量是多少呢？

*  **方法一：man**

**我们先使用uname -r命令，查看自己使用的Linux版本。**

![在这里插入图片描述][63d11101a20a4223a97ecaae62d9b729.png]

**然后man 7 pipe 中查看pipe capacity**

根据man手册，在2.6.11之前的Linux版本中，管道的最大容量与系统页面大小相同，从Linux 2.6.11往后，管道的最大容量是65536字节。

![在这里插入图片描述][6582e80b4df14aabbb7948e2d312f6b4.png]

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*  **方法二：ulimit**

ulimit -a

![在这里插入图片描述][fd463c6400d94c2c81ea9edaa0271bda.png]  
根据显示，管道的最大容量是 512 × 8 = 4096 512\\times8=4096 512×8=4096 字节。

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*  **方法三：暴力自测**

若是读端进程一直不读取管道当中的数据，写端进程一直向管道写入数据，当管道被写满后，写端进程就会被挂起。据此，我们可以写出以下代码来测试管道的最大容量。

#include <unistd.h>
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/wait.h>
    int main()
    {
        
    	int fd[2] = {
         0 };
    	if (pipe(fd) < 0){
         //使用pipe创建匿名管道
    		perror("pipe");
    		return 1;
    	}
    	pid_t id = fork(); //使用fork创建子进程
    	if (id == 0){
        
    		//child 
    		close(fd[0]); //子进程关闭读端
    		char c = 'a';
    		int count = 0;
    		//子进程一直进行写入，一次写入一个字节
    		while (1){
        
    			write(fd[1], &c, 1);
    			count++;
    			printf("%d\n", count); //打印当前写入的字节数
    		}
    		close(fd[1]);
    		exit(0);
    	}
    	//father
    	close(fd[1]); //父进程关闭写端
    
    	//父进程不进行读取
    
    	waitpid(id, NULL, 0);
    	close(fd[0]);
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][e271f11b0f58444ba499c8d8cd784230.png]可以看到，在读端进程不进行读取的情况下，写端进程最多写65536字节的数据就被操作系统挂起了，也就是说，我当前Linux版本中管道的最大容量是65536字节。

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### 🍂2.3 命名管道 ###

#### 🍃2.3.1 命名管道的原理 ####

匿名管道只能用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间的通信，通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父子进程之间就可应用该管道。

如果要实现两个毫不相关进程之间的通信，可以使用命名管道来做到。命名管道就是一种特殊类型的文件，两个进程通过命名管道的文件名打开同一个管道文件，此时这两个进程也就看到了同一份资源，进而就可以进行通信了。

注意：

*  普通文件是很难做到通信的，即便做到通信也无法解决一些安全问题。
 *  命名管道和匿名管道一样，都是内存文件，只不过命名管道在磁盘有一个简单的映像，但这个映像的大小永远为0，因为命名管道和匿名管道都不会将通信数据刷新到磁盘当中。

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#### 🍃2.3.2 使用命令创建命名管道 ####

我们可以使用`mkfifo`命令创建一个命名管道。

![在这里插入图片描述][7afcc30cc49f475bbd379a924548ce0e.png]  
**`p代表该文件是命名管道文件`**

使用这个命名管道文件，就能实现两个进程之间的通信了。我们在一个进程（进程A）中用shell脚本每秒向命名管道写入一个字符串，在另一个进程（进程B）当中用cat命令从命名管道当中进行读取。

现象就是当进程A启动后，进程B会每秒从命名管道中读取一个字符串打印到显示器上。这就证明了这两个毫不相关的进程可以通过命名管道进行数据传输，即通信。

![在这里插入图片描述][cc3d91c1f1374b478128e984c4858df1.png]  
当管道的读端进程退出后，写端进程再向管道写入数据就没有意义了，此时写端进程会被操作系统杀掉，在这里就可以很好的得到验证：当我们终止掉读端进程后，因为写端执行的循环脚本是由命令行解释器bash执行的，所以此时bash就会被操作系统杀掉，我们的云服务器也就退出了。

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#### 🍃2.3.3 创建一个命名管道 ####

在程序中创建命名管道使用mkfifo函数

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

**mkfifo函数的第一个参数是pathname，表示要创建的命名管道文件。**

*  若pathname以路径的方式给出，则将命名管道文件创建在pathname路径下。
 *  若pathname以文件名的方式给出，则将命名管道文件默认创建在当前路径下。（注意当前路径的含义）

**mkfifo函数的第二个参数是mode，表示创建命名管道文件的默认权限。**

若想创建出来命名管道文件的权限值不受umask的影响，则需要在创建文件前使用umask函数将文件默认掩码设置为0。

**mkfifo函数的返回值**

*  命名管道创建成功，返回0。
 *  命名管道创建失败，返回-1。

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#### 🍃2.3.4 命名管道的打开规则 ####

**1. 如果当前打开操作是为读而打开FIFO时。**

*  O\_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO。
 *  O\_NONBLOCK enable：立刻返回成功。

**2. 如果当前打开操作是为写而打开FIFO时。**

*  O\_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO。
 *  O\_NONBLOCK enable：立刻返回失败，错误码为ENXIO。

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#### 🍃2.3.5 用命名管道实现serve&client通信 ####

实现服务端(server)和客户端(client)之间的通信之前，我们需要先让服务端运行起来，我们需要让服务端运行后创建一个命名管道文件，然后再以读的方式打开该命名管道文件，之后服务端就可以从该命名管道当中读取客户端发来的通信信息了。

而对于客户端来说，因为服务端运行起来后命名管道文件就已经被创建了，所以客户端只需以写的方式打开该命名管道文件，之后客户端就可以将通信信息写入到命名管道文件当中，进而实现和服务端的通信。

客户端的代码如下：

//client.cc
    #include "comm.hpp"
    
    int main()
    {
        
    	int fd = open(FILE_NAME, O_WRONLY); //以写的方式打开命名管道文件
    	if (fd < 0){
        
    		perror("open");
    		return 1;
    	}
    	char msg[128];
    	while (1){
        
    		msg[0] = '\0'; //每次读之前将msg清空
    		printf("Please Enter# "); //提示客户端输入
    		fflush(stdout);
    		//从客户端的标准输入流读取信息
    		ssize_t s = read(0, msg, sizeof(msg)-1);
    		if (s > 0){
        
    			msg[s - 1] = '\0';
    			//将信息写入命名管道
    			write(fd, msg, strlen(msg));
    		}
    	}
    	close(fd); //通信完毕，关闭命名管道文件
    	return 0;
    }

对于如何让客户端和服务端使用同一个命名管道文件，这里我们可以让客户端和服务端包含同一个头文件，该头文件当中提供这个共用的命名管道文件的文件名，这样客户端和服务端就可以通过这个文件名，打开同一个命名管道文件，进而进行通信了。

共用头文件的代码如下：

//comm.hpp
    #pragma once
    
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <string.h>
    #include <fcntl.h>
    
    #define FILE_NAME "myfifo" //让客户端和服务端使用同一个命名管道

代码编写完毕后，先将服务端进程运行起来，之后我们就能在客户端看到这个已经被创建的命名管道文件。

![在这里插入图片描述][0ff98e590fa54fa09288ed73980f2c7e.png]  
接着再将客户端也运行起来，此时我们从客户端写入的信息被客户端写入到命名管道当中，服务端再从命名管道当中将信息读取出来打印在服务端的显示器上，该现象说明服务端是能够通过命名管道获取到客户端发来的信息的，换句话说，此时这两个进程之间是能够通信的。

![在这里插入图片描述][6700e73a131348d7ad514c14fa003b3a.png]

**服务端和客户端之间的退出关系**

当客户端退出后，服务端将管道当中的数据读完后就再也读不到数据了，那么此时服务端也就会去执行它的其他代码了（在当前代码中是直接退出了）。

![在这里插入图片描述][86fa723bf4004455843c166bb17646bb.png]  
当服务端退出后，客户端写入管道的数据就不会被读取了，也就没有意义了，那么当客户端下一次再向管道写入数据时，就会收到操作系统发来的13号信号(SIGPIPE)，此时客户端就被操作系统强制杀掉了。

**通信是在内存当中进行的**

若是我们只让客户端向管道写入数据，而服务端不从管道读取数据，那么这个管道文件的大小会不会发生变化呢？

可以看到，尽管服务端不读取管道当中的数据，但是管道当中的数据并没有被刷新到磁盘，使用ll命令看到命名管道文件的大小依旧为0，也就说明了双方进程之间的通信依旧是在内存当中进行的，和匿名管道通信是一样的。

![在这里插入图片描述][e626757970e145a096e4d7ab69a07ae1.png]

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#### 🍃2.3.6 用命名管道实现派发计算任务 ####

**需要注意的是两个进程之间的通信，并不是简单的发送字符串而已，服务端是会对客户端发送过来的信息进行某些处理的。**

这里我们以客户端向服务端派发计算任务为例，客户端通过管道向服务端发送双操作数的计算请求，服务端接收到客户端的信息后需要计算出相应的结果。

这里我们无需更改客户端的代码，只需改变服务端处理通信信息的逻辑即可。

//server.cc
    #include "comm.hpp"
    
    int main()
    {
        
    	umask(0); //将文件默认掩码设置为0
    	if (mkfifo(FILE_NAME, 0666) < 0){
         //使用mkfifo创建命名管道文件
    		perror("mkfifo");
    		return 1;
    	}
    	int fd = open(FILE_NAME, O_RDONLY); //打开命名管道文件
    	if (fd < 0){
        
    		perror("open");
    		return 2;
    	}
    	char msg[128];
    	while (1){
        
    		msg[0] = '\0'; //每次读之前将msg清空
    		//从命名管道当中读取信息
    		ssize_t s = read(fd, msg, sizeof(msg)-1);
    		if (s > 0){
        
    			msg[s] = '\0'; //手动设置'\0'，便于输出
    			printf("client# %s\n", msg);
    			//服务端进行计算任务
    		    const char* lable = "+-*/%";
    			char* p = msg;
    			int flag = 0;
    			while (*p){
        
    				switch (*p){
        
    				case '+':
    					flag = 0;
    					break;
    				case '-':
    					flag = 1;
    					break;
    				case '*':
    					flag = 2;
    					break;
    				case '/':
    					flag = 3;
    					break;
    				case '%':
    					flag = 4;
    					break;
    				}
    				p++;
    			}
    			char* data1 = strtok(msg, "+-*/%");
    			char* data2 = strtok(NULL, "+-*/%");
    			int num1 = atoi(data1);
    			int num2 = atoi(data2);
    			int ret = 0;
    			switch (flag){
        
    			case 0:
    				ret = num1 + num2;
    				break;
    			case 1:
    				ret = num1 - num2;
    				break;
    			case 2:
    				ret = num1 * num2;
    				break;
    			case 3:
    				ret = num1 / num2;
    				break;
    			case 4:
    				ret = num1 % num2;
    				break;
    			}
    			printf("%d %c %d = %d\n", num1, lable[flag], num2, ret); //打印计算结果
    		}
    		else if (s == 0){
        
    			printf("client quit!\n");
    			break;
    		}
    		else{
        
    			printf("read error!\n");
    			break;
    		}
    	}
    	close(fd); //通信完毕，关闭命名管道文件
    	return 0;
    }

此时服务端接收到客户端的信息后，需要进行的处理动作就不是将其打印到显示器了，而是需要将信息经过进一步的处理，从而得到相应的结果。  
![在这里插入图片描述][556ae61fd5ab4fd3a14c2a290e273153.png]

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#### 🍃2.3.7 用命名管道实现进程遥控 ####

比较有意思的是，我们可以通过一个进程来控制另一个进程的行为，比如我们从客户端输入命令到管道当中，再让服务端将管道当中的命令读取出来并执行。

下面我们只实现了让服务端执行不带选项的命令，若是想让服务端执行带选项的命令，可以对管道当中获取的命令进行解析处理。这里的实现非常简单，只需让服务端从管道当中读取命令后创建子进程，然后再进行进程程序替换即可。

这里也无需更改客户端的代码，只需改变服务端处理通信信息的逻辑即可。

此时服务端接收到客户端的信息后，便进行进程程序替换，进而执行客户端发送过来的命令。  
![在这里插入图片描述][9643687be59245c5a340cc7fff5e7f37.png]

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#### 🍃2.3.8 用命名管道实现文件拷贝 ####

生成一个txt文件，然后进行拷贝

![在这里插入图片描述][c269af6400f04fb4ae46da2f18feeb3e.png]

我们要做的就是，让客户端将file.txt文件通过管道发送给服务端，在服务端创建一个file-bat.txt文件，并将从管道获取到的数据写入file-bat.txt文件当中，至此便实现了file.txt文件的拷贝。

![在这里插入图片描述][b913d1c38e23412c99a3a7b357abf10a.png]

//server.cc
    #include "comm.hpp"
    
    int main()
    {
        
    	umask(0); //将文件默认掩码设置为0
    	if (mkfifo(FILE_NAME, 0666) < 0){
         //使用mkfifo创建命名管道文件
    		perror("mkfifo");
    		return 1;
    	}
    	int fd = open(FILE_NAME, O_RDONLY); //以读的方式打开命名管道文件
    	if (fd < 0){
        
    		perror("open");
    		return 2;
    	}
    	//创建文件file-bat.txt，并以写的方式打开该文件
    	int fdout = open("file-bat.txt", O_CREAT | O_WRONLY, 0666);
    	if (fdout < 0){
        
    		perror("open");
    		return 3;
    	}
    	char msg[128];
    	while (1){
        
    		msg[0] = '\0'; //每次读之前将msg清空
    		//从命名管道当中读取信息
    		ssize_t s = read(fd, msg, sizeof(msg)-1);
    		if (s > 0){
        
    			write(fdout, msg, s); //将读取到的信息写入到file-bat.txt文件当中
    		}
    		else if (s == 0){
        
    			printf("client quit!\n");
    			break;
    		}
    		else{
        
    			printf("read error!\n");
    			break;
    		}
    	}
    	close(fd); //通信完毕，关闭命名管道文件
    	close(fdout); //数据写入完毕，关闭file-bat.txt文件
    	return 0;
    }

而客户端需要做的就是，以写的方式打开这个已经存在的命名管道文件，再以读的方式打开file.txt文件，之后需要做的就是将file.txt文件当中的数据读取出来并写入管道当中即可。

//client.cc
    #include "comm.hpp"
    
    int main()
    {
        
    	int fd = open(FILE_NAME, O_WRONLY); //以写的方式打开命名管道文件
    	if (fd < 0){
        
    		perror("open");
    		return 1;
    	}
    	int fdin = open("file.txt", O_RDONLY); //以读的方式打开file.txt文件
    	if (fdin < 0){
        
    		perror("open");
    		return 2;
    	}
    	char msg[128];
    	while (1){
        
    		//从file.txt文件当中读取数据
    		ssize_t s = read(fdin, msg, sizeof(msg));
    		if (s > 0){
        
    			write(fd, msg, s); //将读取到的数据写入到命名管道当中
    		}
    		else if (s == 0){
        
    			printf("read end of file!\n");
    			 break;
    		}
    		else{
        
    			printf("read error!\n");
    			break;
    		}
    	}
    	close(fd); //通信完毕，关闭命名管道文件
    	close(fdin); //数据读取完毕，关闭file.txt文件
    	return 0;
    }

![在这里插入图片描述][cd9b944735bd42899e5778580617e755.png]  
file.txt 和 file-bat.txt 文件当中的内容相同，拷贝文件成功。  
![在这里插入图片描述][dcb3133cff7a4fd5b6145d14b6559116.png]

**使用管道实现文件的拷贝有什么意义？**

因为这里是使用管道在本地进行的文件拷贝，所以看似没什么意义，但我们若是将这里的管道想象成“网络”，将客户端想象成“shell”，再将服务端想象成“centos服务器”。那我们此时实现的就是文件上传的功能，若是将方向反过来，那么实现的就是文件下载的功能。

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#### 🍃2.3.8 命名管道和匿名管道的区别 ####

*  匿名管道由pipe函数创建并打开。
 *  命名管道由mkfifo函数创建，由open函数打开。
 *  FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在于它们创建与打开的方式不同，一旦这些工作完成之后，它们具有相同的语义。

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#### 🍃2.3.9 命令行当中的管道 ####

创建一个`text.txt`文件

![在这里插入图片描述][a8717b7574034c76b615e7e8280c2eb8.png]  
我们可以利用管道（“|”）同时使用cat命令和grep命令，进而实现文本过滤。

![在这里插入图片描述][e17cb070f02c457a85d7398fd7f7ef29.png]

由于匿名管道只能用于有亲缘关系的进程之间的通信，而命名管道可以用于两个毫不相关的进程之间的通信，因此我们可以先看看命令行当中用管道（“|”）连接起来的各个进程之间是否具有亲缘关系。

下面通过管道（“|”）连接了三个进程，通过ps命令查看这三个进程可以发现，这三个进程的PPID是相同的，也就是说它们是由同一个父进程创建的子进程。

![在这里插入图片描述][7179e670180d4aa0ac80349b5182e8b3.png]

而它们的父进程实际上就是命令行解释器，这里为bash

![在这里插入图片描述][5f118dc6b364446d888f16201c46a67d.png]  
也就是说，由管道（“|”）连接起来的各个进程是有亲缘关系的，它们之间互为兄弟进程。

现在我们已经知道了，若是两个进程之间采用的是命名管道，那么在磁盘上必须有一个对应的命名管道文件名，而实际上我们在使用命令的时候并不存在类似的命名管道文件名，**因此命令行上的管道实际上是匿名管道。**

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[Link 1]: https://blog.csdn.net/m0_60338933?type=blog
[0c3f31bc6bb5460689d5e339f5299830.jpeg_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/046858d3f46b4c62bf9a3ff4e6ce0958.jpeg
[c0dbcdfe13ab47c7bc98f440c751248f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/e6b4292262b14fe5a5acca09b6919394.png
[61b58a32eb8244c482fcf431ea89ebd5.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/94fe7d726a8c43f19c5eaa74df972895.png
[f620416728d942558f7a48c2d7d7a445.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/60ff18611d52487e8fd45a0106eea8c8.png
[b5ab5e0645fe45d8a87cc70305f31442.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/91cf09dd8a274471afb896a46d81da87.png
[0cece49058c447fbb63558265a04c88b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/4fa7fe51e7854361b2a4ec92803ca8c0.png
[b6391e43fa044c83a9ef22f3fd6f38e0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/7e31e9fe692a483a904526fe10e69c85.png
[4b21cb4a002542e9848b227bfb862821.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/d08d0e5260814d32b08d827a0bb5a8e0.png
[27012f099475464b8dbfed3f88c6b2de.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/8a7d1f3c91a64999a9e78287db117056.png
[ec5b4374b606455eae251ab0b1b07082.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/4fb9f10704c44b408e1ef532ff2834eb.png
[8ca29887f73a4401af099affeb8bb833.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/2398ba75147b45a19846b2b3b8094842.png
[504257375c20459eb989b46620d2f51f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/7e17999033f34ac48fd008d5dd3d1992.png
[7dd4d52abb944efa804ddab92c49dcab.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/296bcd959eab4e159a306a3a5e39e047.png
[0f2ccd163b204656a75622c531aee039.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/c50be587888441e7bb68d60ef4003711.png
[63d11101a20a4223a97ecaae62d9b729.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/78a2eda0d21c434cb288e7a31d34209e.png
[6582e80b4df14aabbb7948e2d312f6b4.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/b055f1b07e48401d8c51455c5769134b.png
[fd463c6400d94c2c81ea9edaa0271bda.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/6d8a9c7392484112afa85a60cc5ae601.png
[e271f11b0f58444ba499c8d8cd784230.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/c1bd8da1a0a4406abdae71f357931515.png
[7afcc30cc49f475bbd379a924548ce0e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/420c9af414a94f9889911da32090e5be.png
[cc3d91c1f1374b478128e984c4858df1.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/ea204cc1d6a04d6498ea394b2a520f8f.png
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[9643687be59245c5a340cc7fff5e7f37.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/208817b40bef41e5a9798cb6f4558daa.png
[c269af6400f04fb4ae46da2f18feeb3e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/eae4bc95be2747ddb3c49d6c91440bd6.png
[b913d1c38e23412c99a3a7b357abf10a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/5d2485ae8df1493b89b34b060a07ccec.png
[cd9b944735bd42899e5778580617e755.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/d19d781486f3413ea2183801cd895ad9.png
[dcb3133cff7a4fd5b6145d14b6559116.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/6b4500f932674d8bb9f15cb1e04a6584.png
[a8717b7574034c76b615e7e8280c2eb8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/312d0fd54e4d4e49b6713c05f4e3155b.png
[e17cb070f02c457a85d7398fd7f7ef29.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/4f2eda81403d492aa30f80e51eed8da8.png
[7179e670180d4aa0ac80349b5182e8b3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/38a06a038fbe46059956bc2772030d38.png
[5f118dc6b364446d888f16201c46a67d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/3fa4651977a94908ac5be3a2c4c837b1.png