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Linux —— 进程间通信(管道)

目录

一,进程间通信

二,管道

匿名管道

命名管道


一,进程间通信

        进程间通信(IPC,InterProcess Communication),即在不同进程之间进行信息的传播或交换;由于一般进程用户地址空间是独立的,不可直接访问其他进程地址空间,因此进程间进行信息交换必须通过系统内核进行;

进程间通信目的

  • 数据传输,将一个进程的数据发送给另一个进程;
  • 资源共享,多个进程间共享同样的资源;
  • 通知事件,一个进程向另一个进程或一组进程发送信息,通知它们发生了某种事件(如进程终止时通知父进程);
  • 进程控制,有些进程希望完全控制另一个进程的执行(如debug),此时进程希望能够拦截另一个进程的所有异常,并能够及时知道其状态的改变;

进程间通信的分类

  • 管道
    • 匿名管道pipe
    • 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
    • 信息队列
    • 共享内存
    • 信息量
    • 互斥量
    • 调节变量
    • 读写锁

二,管道

        匿名管道pipe、命名管道;

匿名管道

        Linux通过使用竖线(管道符 | )来连接多个命令,以形成一个管道;管道符前面命令的输出作为管道符后面命令的输入,管道中的数据只能单向流动(即半双工通信),要实现双向流动需创建两个管道;另外,此管道为匿名管道,用完即被自动销毁,且只能在父子进程间通信;

[wz@192 Desktop]$ cat test.c | grep main
int main() 

        父进程需读写都打开文件,这样子进程继承时才会有读写,然后通过关闭父子进程对应的读写,来实现信息的传输;不关闭相应的读写,也可通信,但一般关闭防止误操作;

管道函数 pipe

  • 创建匿名管道
    • 创建成功,返回0;
    • 创建失败,返回-1;

pipefd为文件描述符数组

  • pipefd[0],指定管道读端,默认值为3;
  • pipefd[1],指定管道写端,默认值为4;
#include <stdio.h>    
#include <unistd.h>    int main()    
{    int pipefd[2];    if(pipe(pipefd) < 0)    {    perror("pipe");                                                                   return 1;    }    printf("pipefd[0]: %d\n", pipefd[0]);    printf("pipefd[1]: %d\n", pipefd[1]);    return 0;    
}   
[wz@192 pipe]$ ./test
pipefd[0]: 3
pipefd[1]: 4
int main()      
{      int pipefd[2];      if(pipe(pipefd) < 0){      perror("pipe");      return 1;      }      char buf[32];      write(pipefd[1],"hellopipe",32); //向管道内写read(pipefd[0],buf,32); //从管道内读     printf("buf: %s\n", buf);                                                           return 0;      
}   
[wz@192 pipe]$ ./test 
buf: hellopipe

//子进程写入,父进程读取                                                                                     
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main()
{int pipefd[2];if(pipe(pipefd) < 0){perror("pipe");return 1;}pid_t id = fork();if(id < 0){perror("fork");return 1;}else if(id == 0){close(pipefd[0]);char* msg = "child msg";int count=5;while(count){printf("child write: %s\n",msg);write(pipefd[1],msg,strlen(msg));sleep(1);count--;}close(pipefd[1]);exit(0);}else{char buf[64];close(pipefd[1]);while(1){ssize_t sz=read(pipefd[0],buf,sizeof(buf)-1);if(sz>0){buf[sz]=0;printf("father read: %s\n",buf);}else if(sz==0){printf("pipe file empty!\n");break;}}close(pipefd[0]);printf("close read\n");int status = 0;    pid_t wait_pid = waitpid(id,&status,0);    if(WIFEXITED(status) && wait_pid==id)    printf("child exit normal, exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));    else     printf("child exit error, exit sig: %d\n", WTERMSIG(status));  }return 0;
}
  • 如管道为空,则读端需等待数据就绪,即read阻塞;
  • 如管道在写端已写满,需等待管道有空闲空间才可继续写入,即write阻塞;
  • 管道自带同步机制;
  • 管道是单向通信的;
  • 管道是面向字节流的;
  • 管道只能保证具有血缘关系的进程通信;
  • 管道可保证一定程度数据读取的原子性;
//子进程持续在写入,父进程关闭读
//此时OS会直接关闭子进程else{char buf[64];close(pipefd[1]);while(1){ssize_t sz=read(pipefd[0],buf,sizeof(buf)-1);if(sz>0){buf[sz]=0;printf("father read: %s\n",buf);close(pipefd[0]);break;}else if(sz==0){printf("pipe file empty!\n");break;}}printf("close read\n");int status = 0;    pid_t wait_pid = waitpid(id,&status,0);    if(WIFEXITED(status) && wait_pid==id)    printf("child exit normal, exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));    else     printf("child exit error, exit sig: %d\n", WTERMSIG(status));  }
//子进程退出信号为13,即SIGPIPE
[wz@192 pipe]$ ./test 
child write: child msg
father read: child msg
close read
child write: child msg
child exit error, exit sig: 13
[wz@192 pipe]$ ulimit -a
core file size          (blocks, -c) 0
data seg size           (kbytes, -d) unlimited
scheduling priority             (-e) 0
file size               (blocks, -f) unlimited
pending signals                 (-i) 7154
max locked memory       (kbytes, -l) 64
max memory size         (kbytes, -m) unlimited
open files                      (-n) 1024
pipe size            (512 bytes, -p) 8
POSIX message queues     (bytes, -q) 819200
real-time priority              (-r) 0
stack size              (kbytes, -s) 8192
cpu time               (seconds, -t) unlimited
max user processes              (-u) 4096
virtual memory          (kbytes, -v) unlimited
file locks                      (-x) unlimited

命名管道

        命名管道是一种特殊类型的文件,可在不相关进程间交换数据,使用FIFO文件实现;

使用命令mkfifo,创建命名管道

[wz@192 pipe]$ mkfifo pipefile
[wz@192 pipe]$ ll pipefile
prw-rw-r--. 1 wz wz 0 8月  18 08:24 pipefile

使用函数mkfifo,创建命名管道

匿名管道与命名管道区别

  • 匿名管道由函数pipe创建并打开;
  • 命名管道由函数或命令mkfifo创建,再由open打开;
  • 唯一区别即创建和打开方式不同;
[wz@192 pipe]$ echo abc > pipefile 
[wz@192 pipe]$ while :; do echo "1,##########"; cat pipefile; echo "2,#########"; sleep 1; done
1,##########
abc
2,#########
1,##########

实现server&client通信

//makefile
.PHONY:all
all: server clientserver:server.cgcc -o $@ $^    
client:client.cgcc -o $@ $^    .PHONY:clean
clean:rm -rf server client  
//server.c 
//创建命名管道,并读
#include <stdlib.h>    
#include <string.h>    
#include <unistd.h>    
#include <sys/types.h>    
#include <sys/stat.h>    
#include <fcntl.h>    int main()    
{    int ret = mkfifo("pipefile", 0644);    if(ret == -1){    perror("mkfifo");    return 1;    }    int pipefd = open("pipefile", O_RDONLY);    if(pipefd < 0){    perror("open");    return 2;    }    char msg[64]={0};    while(1){    printf("please wait ...\n");    ssize_t sz = read(pipefd, msg, sizeof(msg)-1);    if(sz > 0){    msg[sz]=0;    printf("server read: %s\n", msg);                                                                        }    else if(sz == 0){    printf("client quit!\n");    break;    }    else{    perror("read");    return 3;    }    }    close(pipefd);    return 0;    
}  
//client.c
//向管道写入
#include <stdlib.h>    
#include <string.h>    
#include <unistd.h>    
#include <sys/types.h>    
#include <sys/stat.h>    
#include <fcntl.h>    int main()    
{    int pipefd = open("pipefile", O_WRONLY);    if(pipefd < 0){    perror("open");    return 1;    }    char msg[64]={0};    while(1){    printf("please write ...\n");    ssize_t sz = read(0, msg, sizeof(msg)-1);    if(sz > 0){    msg[sz]=0;    write(pipefd, msg, strlen(msg));    }    else if(sz == 0){    printf("client read empty!\n");    break;    }    else{    perror("client read\n");    return 2;    }                                                                                                          }    close(pipefd);    return 0;    
} 

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