Linux进程间通信：管道
来源：互联网 发布：win7网络连接受限 编辑：程序博客网 时间：2024/05/20 11:52
提到进程间通信，我们需要先了解一下进程是什么：
其实在Linux下，早期的Linux为了实现多个程序之间的交替操作，出现了进程的概念。为的就是维护操作系统整个的运行逻辑。并发就是进程间的交替执行。
进程是程序的动态实例。
进程并发运行的环境中，多个进程之间存在如下竞争和合作的关系：
- 进程中的资源争用(间接作用)
当并发进程竞争使用同一个资源时，它们之间就会发生冲突。为了避免冲突，当一个进程获得资源时，另一个进程必须等待。这种情况需要通过互斥机制来解决。
- 进程间通过共享的合作(间接作用)
一个进程等待另一个进程的执行，并以另一个进程的执行结果作为本进程的执行条件，就形成了同步机制
- 进程间通过通信的合作(直接作用)
进程间还可以通过通信进行合作，同性提供了同步和协调各种活动的方法。如操作系统提供的通信功能。
进程间通过共享的竞争：
特点：
1. 每个进程不知道其他进程的存在
2. 两个或者和更多的进程在各自的执行过程中需要访问相同的资源(IO设备、存储器、CPU等)
3. 进程之间没有信息交互
每个进程在创建只时都会创建一个PCB，进程控制块。每个进程都认为自己拥有了世界（也就是独占所有的虚拟内存），实际上不是的。他们自己是子认为自己存在。但是是其他进程在睡眠/等待罢了，所以每个进程都认为自己是独立的。
那么，作为一个操作系统，一个人（进程）是无法维护整个世界的和平（操作系统的逻辑/稳定），那么肯定需要合作，但是当前他们只认为整个世界只有一个，那该怎么办？
所以进程间通信就出来了，将需要进行交流的内容存储在一个指定的文件中。
通信：因为进程有强大独立性，当想把自己数据交给另一个进程，需要通信，将进程之间的沟通信息保存在约定好的某个文件中。
通信本质：让不同进程看到相同资源，通过约定好的方法进行寻找，调用，添加，删除。
想到通信：在现实生活中我们传输物质最常用的就是管子呗。所以开发系统的人聪明，就用管道进行通信吧：
匿名管道：管道：通过某种机制传递资源(数据)，匿名管道只适用于有血缘关系的进程，一般用于父，子进程通信。
a.创建管道
b.创建子进程
c.父，子进程关闭自己不需要的文件描述符
注意：匿名管道提供单向通信，父读子写或父写子读，若要实现双向通信，可再创建一个管道。
#include<stdio.h>#include<string.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<stdlib.h>int main(){ int _pipefd[2]={-1,-1}; int ret=pipe(_pipefd); if(ret==-1) { perror("pipe"); return 2; } pid_t id=fork(); if(id<0) { perror("fork"); return 2; } else if(id==0) { close(_pipefd[0]); char buf[]="hello world"; int count=5; while(count--) { write(_pipefd[1],buf,strlen(buf)); sleep(1); } } else { close(_pipefd[1]); char buf[1024]={0}; while(1) { memset(buf,'\0',sizeof(buf)); ssize_t _size=read(_pipefd[0],buf,sizeof(buf)-1); if(_size>0) { buf[_size]='\0'; printf("buf:%s\n",buf); } } } return 0; }运行结果：
使用管道需注意以下四种情况：
1.如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了，仍然有进程从管道的读端读数据,那么管道中剩余的数据都被读取后,再次read会返回0,就像读到文件末尾一样。
1 #include<stdio.h> 2 #include<string.h> 3 #include<unistd.h> 4 #include<sys/types.h> 5 #include<stdlib.h> 6 int main() 7 { 8 int _pipefd[2]={-1,-1}; 9 int ret=pipe(_pipefd); 10 if(ret==-1) 11 { 12 perror("pipe"); 13 return 2; 14 } 15 16 pid_t id=fork(); 17 if(id<0) 18 { 19 perror("fork"); 20 return 2; 21 } 22 else if(id==0) 23 { 24 close(_pipefd[0]); 25 char buf[]="hello world"; 26 int count=5; 27 int i=0; 28 while(count--) 29 { 30 if(i==3) 31 { 32 printf("I want sleep\n"); 33 break; 34 } 35 write(_pipefd[1],buf,strlen(buf)); 36 sleep(1); 37 i++; 38 } 39 close(_pipefd[0]); 40 } 41 else 42 { 43 close(_pipefd[1]); 44 char buf[1024]={0}; 46 while(1) 47 { 48 memset(buf,'\0',sizeof(buf)); 49 ssize_t _size=read(_pipefd[0],buf,sizeof(buf)-1); 50 if(_size>0) 51 { 52 buf[_size]='\0'; 53 printf("buf:%s\n",buf); 54 } 55 } 56 } 57 return 0; 58 }运行结果：
2.如果有指向管道写端的文件描述符没关闭,持有管道写端的进程也没有向管道中写数据,这时有进程从管道读端读数据,那么管道中剩余的数据都被读取后,再次read会阻塞,直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。
1 #include<stdio.h> 2 #include<sys/wait.h> 3 #include<string.h> 4 #include<unistd.h> 5 #include<sys/types.h> 6 #include<stdlib.h> 7 int main() 8 { 9 int _pipefd[2]={-1,-1}; 10 int ret=pipe(_pipefd); 11 if(ret==-1) 12 { 13 perror("pipe"); 14 return 2; 15 } 16 17 pid_t id=fork(); 18 if(id<0) 19 { 20 perror("fork"); 21 return 2; 22 } 23 else if(id==0) 24 { 25 close(_pipefd[0]); 26 char buf[]="hello world"; 27 int count=5; 28 int i=0; 29 while(count--) 30 { 31 if(i==3) 32 { 33 printf("I want sleep\n"); 34 sleep(10); 35 } 36 write(_pipefd[1],buf,strlen(buf)); 37 sleep(1); 38 i++; 39 } 40 close(_pipefd[0]); 41 } 42 else 43 { 44 close(_pipefd[1]); 45 char buf[1024]={0}; 46 while(1) 47 { 48 memset(buf,'\0',sizeof(buf)); 49 ssize_t _size=read(_pipefd[0],buf,sizeof(buf)-1); 50 if(_size>0) 51 { 52 buf[_size]='\0'; 53 printf("buf:%s\n",buf); 54 } 55 } 56 } 57 return 0; 58 }运行结果：
3.如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了，这时有进程向管道的写端write,那么该进程会收到信号SIGPIPE,通常会导致进程异常终止。
1 #include<stdio.h> 2 #include<sys/wait.h> 3 #include<string.h> 4 #include<unistd.h> 5 #include<sys/types.h> 6 #include<stdlib.h> 7 int main() 8 { 9 int _pipefd[2]={-1,-1}; 10 int ret=pipe(_pipefd); 11 if(ret==-1) 12 { 13 perror("pipe"); 14 return 2; 15 } 16 17 pid_t id=fork(); 18 if(id<0) 19 { 20 perror("fork"); 21 return 2; 22 } 23 else if(id==0) 24 { 25 close(_pipefd[0]); 26 char buf[]="hello world"; 27 int count=5; 28 while(count--) 29 { 30 write(_pipefd[1],buf,strlen(buf)); 31 sleep(1); 32 } 33 close(_pipefd[0]); 34 } 35 else 36 { 37 close(_pipefd[1]); 38 char buf[1024]={0}; 39 int i=5; 40 while(i--) 41 { 42 if(i==3) 43 { 44 close(_pipefd[0]); 45 } 46 memset(buf,'\0',sizeof(buf)); 47 ssize_t _size=read(_pipefd[0],buf,sizeof(buf)-1); 48 if(_size>0) 49 { 50 buf[_size]='\0'; 51 printf("buf:%s\n",buf); 52 } 53 } 54 int status=0; 55 pid_t _pid=waitpid(id,&status,0); 56 printf("waitpid: %d,return status:%d\n",id,status&0xff); 57 } 58 //printf("%d ,%d \n",_pipefd[0],_pipefd[1]); 59 return 0; 60 }运行结果：
4.如果有指向管道读端的文件描述符没关闭，持有管道读端的进程也没有从管道中读数据,这时有进程向管道写端写数据,那么在管道被写满时再次write会阻塞,直到管道中有空位置了才写入数据并返回。(管道大小64K，65536个字节)。
1 #include<stdio.h> 2 #include<sys/wait.h> 3 #include<string.h> 4 #include<unistd.h> 5 #include<sys/types.h> 6 #include<stdlib.h> 7 int main() 8 { 9 int _pipefd[2]={-1,-1}; 10 int ret=pipe(_pipefd); 11 if(ret==-1) 12 { 13 perror("pipe"); 14 return 2; 15 } 16 17 pid_t id=fork(); 18 if(id<0) 19 { 20 perror("fork"); 21 return 2; 22 } 23 else if(id==0) 24 { 25 close(_pipefd[0]); 26 char buf[]="hello world"; 27 int count=5; 28 while(count--) 29 { 30 write(_pipefd[1],buf,strlen(buf)); 31 sleep(1); 32 } 33 close(_pipefd[0]); 34 } 35 else 36 { 37 close(_pipefd[1]); 38 int status=0; 39 pid_t wait=waitpid(id,&status,0); 40 if(wait==id) 41 printf("wait:%d,status:%d\n",wait,status); 42 } 43 return 0; 44 }总结匿名管道特点：
单向通信，适用于有血缘关系的进程通信。
管道提供流式服务（数据按序，不规定一次读多少）
管道内部有保证数据读完（完整性）。
进程间同步
但是匿名管道存在一个问题，就是只能够在亲缘关系的进程之间进行通信，如果我们2个独立的进程需要进行通信怎么办呢？聪明的开发者就实现了一个命名管道，命名管道就是显示的保存一个管道文件，名字，路径给你，你给我显示的保存读取数据在管道里面就好了。
命名管道
通过路径看到共同资源
在shell下交互的建立
调用函数
//client: 1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<sys/types.h> 4 #include<sys/stat.h> 5 #include<stdlib.h> 6 #include<string.h> 7 #include<fcntl.h> 8 int main() 9 { 10 umask(0); 11 int fd=mkfifo("./.tmp",S_IFIFO|0666); 12 if(fd<0) 13 { 14 perror("mkfifo"); 15 exit(1); 16 } 17 int _fd=open("./.tmp",O_WRONLY); 18 if(_fd<0) 19 { 20 perror("mkfifo"); 21 exit(1); 22 } 23 while(1) 24 { 25 char buf[1024]; 26 fflush(stdout); 27 memset(buf,'\0',sizeof(buf)); 28 printf("client:"); 29 size_t size=read(0,buf,sizeof(buf)-1); 30 buf[size]='\0'; 31 write(_fd,buf,strlen(buf)); 32 } 33 return 0; 34 }//server: 1 #include<stdio.h> 2 #include<string.h> 3 #include<sys/types.h> 4 #include<sys/stat.h> 5 #include<fcntl.h> 6 #include<unistd.h> 7 #include<stdlib.h> 8 int main() 9 { 10 int _fd=open("./.tmp",O_RDONLY); 11 if(_fd<0) 12 { 13 perror("open"); 14 exit(1); 15 } 16 char buf[1024]; 17 while(1) 18 { 19 memset(buf,'\0',sizeof(buf)); 20 ssize_t _size=read(_fd,buf,sizeof(buf)-1); 21 if(_size>0) 22 { 23 buf[_size]='\0'; 24 printf("server:%s",buf); 25 } 26 else 27 { 28 printf("read error\n"); 29 break; 30 } 31 } 32 close(_fd); 33 return 0; 34 }//Makefile编写： .PHONY:all 2 all:client server 3 4 client:client.c 5 gcc -o $@ $^ 6 server:server.c 7 gcc -o $@ $^ 8 .PHONY:clean 9 clean: 10 rm -f client server .tmp
结果验证：打开两个终端，不同进程可以通信。
本文出自 “剩蛋君” 博客，请务必保留此出处http://memory73.blog.51cto.com/10530560/1763416
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