进程间通信（一）-----管道

进程间通信的本质：让不同的进程看到一份公共的资源（由于进程之间相互独立，有各自不同的地址空间，所以对于一个进程中的数据，在其他进程中是看不到的，虽然这在一定程度上保证了进程间的独立性，但若两个进程之间想要进行通信，则必须借助内核，在内核中开辟一块缓冲区，两个进程均能看到这块缓冲区，让一个进程将数据从进程的地址空间拷到内核缓冲区中，再由另外一个进程从内核缓冲区中读数据，放到自己的地址空间当中）

下面介绍四种进程间通信方式：

一.管道

1.匿名管道

介绍一个系统调用用于创建匿名管道：

int pipe(int filedes[2]);

在调用这个函数之后，内核会开辟出一块缓冲区用于通信，而这个缓冲区可以看做一个没有名字的管道文件，对应着进程中的两个文件描述符（这两个文件描述符保存在filedes[2]这个数组当中，filedes[0]表示读端，filedes[1]表示写端），读端表示向管道中读数据，而写端则是向管道中写数据

对于这个函数的返回值，成功返回0，否则返回-1

pipe函数提供了一份内核缓冲区，也就为进程间通信提供可能，具体如何实现进程间通信，步骤如下：

①首先由我们的进程调用pipe这个系统调用，创建一个管道，此时进程对应的文件描述符表中的两个文件描述符被占用，一个作为读端保存在filedes[0]当中，而另一个则作为写端保存在filedes[1]当中；

②调用fork()，此时创建子进程，而由于子进程会继承父进程的文件描述符表，所以在子进程的文件描述符表当中，和父进程一样会有对应的文件描述符表示管道的读写端，并且文件描述符的值也是相同的；

③由于管道不能实现双向通信，只能实现单向通信，所以调用close函数，关闭对应进程不需要的文件描述符，如上图，则是关闭了父进程的读端文件描述符，以及子进程的写端文件描述符，从而实现父进程写，子进程读的单向通信；

测试代码如下：

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <string.h>int main(){    int fd[2];    if(pipe(fd)<0)    {        perror("pipe");        return -1;    }    pid_t pid=fork();    if(pid<0)    {        perror("fork");        return -1;    }    else if(pid==0)    {        char buf[256];        close(fd[1]);        while(1)        {            int rd=read(fd[0],buf,sizeof(buf));            buf[rd]=0;            printf("father say# %s\n",buf);        }    }    else    {        char* buf="hello child,I'm father";        close(fd[0]);        while(1)        {            sleep(1);            write(fd[1],buf,strlen(buf));        }    }    return 0;}

测试结果如下：

对于匿名管道而言，有以下几点特性：

①支持单向通信，虽说对于匿名管道而言，有读端，有写端，但是匿名管道仅支持单向通信，而不支持双向通信，原因在于仅有一个管道（一份内核缓冲区），若两个进程都能写的话，那么就容易造成管道中数据的混乱，所以一般会将读写端的其中一端关闭，防止误操作；

②只能用于存在血缘关系的进程间通信，原因在于匿名管道的创建依赖于fork，利用子进程继承父进程的文件描述符表这一特性；

③面向数据流通信，对于数据读写的多少没有硬性规定（对比数据块通信）；

④生命周期随进程，原因在于当进程退出时，会将进程的资源进行释放，包括文件描述符表；

⑤支持同步与互斥机制；

除此之外，对于匿名管道而言，还有四种特殊情况：（前提是所有IO操作均为阻塞式IO，未设置O_NONBLOCK非阻塞标志）

①将指向管道写端的所有文件描述符都关闭，此时还不断的从管道中读数据，管道中的数据只少不多，直到所有数据都被读取完，此时read返回0，相当于到了文件末尾，此时read不会阻塞；

②不将指向管道写端的所有文件描述符关闭，此时不再向管道中写数据了，但还会不断的从管道中读数据，在这种情况下，当管道中的数据被读完之后，read会阻塞，意味着等待写端进行写数据；

③将指向管道读端的所有文件描述符都关闭，此时还想管道中写数据，那么该进程就会收到SIGPIPE信号，从而进程异常退出；

④不将指向管道读端的所有文件描述符关闭，此时不再从管道中读数据了，但还会不断的向管道中写数据，在这种情况下，当管道被写满之后，write就会阻塞，意味着等待读端进行读数据；

2.命名管道FIFO

管道除了匿名管道之外，还有命名管道，而命名管道的一大特性就是先进先出（先写入文件的数据，先被读取），其实命名管道的基本特性与匿名管道一致，命名管道利用了文件系统，真正的创建了一个管道文件，而正是因为有了这个实体文件在磁盘上，不同的进程可以通过各自的文件描述符来打开这个文件，从而达到进程间通信的目的，与匿名管道相比，在这一点上，命名管道不再只局限于存在血缘关系的进程间通信了，两个没有任何关系的进程也可以通过命名管道来进行通信，这就是命名管道与匿名管道最大的区别。

命名管道的创建：

①直接通过Shell下的命令行，以命令进行创建命名管道文件（mknod命令和mkfifo命令）

②利用系统调用接口进行创建：

int mknod(const char* path,mode_t mod,dev_t dev);

int mkfifo(const char* path,mode_t mod);

分析上面的两个函数，对于path参数和mod参数，前者表示命名管道的路径，后者表示创建的命名管道文件的文件权限（0666|S_IFIFO指明创建一个命名管道且权限为0666，这里要注意umask对文件权限的影响）,；而对于mknod函数的第三个参数dev表示设备值，一般为0，取决于文件创建的种类，它只有在创建设备文件的时候才会被用到

对于返回值，两者均是成功返回0，失败返回-1

测试用例：

------------------write-----------------------------------------------------#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <sys/stat.h>#include <sys/types.h>#include <fcntl.h>int main(){    mknod("fifo_m",0666|S_IFIFO,0); //这里也可以是mkfifo("fifo_m",0666|S_IFIFO);    int fd=open("fifo_m",O_WRONLY);    if(fd<0)    {        perror("open");        return -1;    }    char* buf="HELLO,I am fifo_write";    while(1)    {        sleep(1);        write(fd,buf,strlen(buf));    }    return 0;}

--------------------read-------------------------------------#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/stat.h>#include <sys/types.h>#include <fcntl.h>int main(){    int fd=open("fifo_m",O_RDONLY);    if(fd<0)    {        perror("open");        return -1;    }    char buf[256];    while(1)    {        int rd=read(fd,buf,sizeof(buf));        buf[rd]=0;        printf("the fifo_write say# %s\n",buf);    }    return 0;}

测试结果如下：