进程间通信之管道总结
一、 进程间通信介绍
1、进程通信的目的
(1)数据传输:一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。
(2)资源共享:多个进程之间共享同样的资源。
(3)通知事件:一个进程需要向另一个或一组进程发送信息,通知它(它们)发生了某种事件(如进程终止时要通知父进程)。
(4)进程控制:有些进程需要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变化。
2、进程通信的发展
(1)管道
(2)System V进程间通信
(3)POSIX进程间通信
3、进程通信的分类
(1)管道
1)匿名管道pipe
2)命名管道
(2)System V IPC
1)System V消息队列
2)System V共享内存
3)System V信号量
(3)POSIX IPC
1)消息队列
2)共享内存
3)信号量
4)互斥量
5)条件变量
6)读写锁
二、管道
1、管道的含义:
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”。
【例】
如图所示:
2、匿名管道
(1)原型:
int pipe(int fd[2]);存放在<unistd.h>中。
(2)参数:
fd:文件描述符数组,其中fd[0]表示读端,fd[1]表示写端。
(3)返回值:
成功返回0,失败返回错误代码。
(4)功能:
创建一无名管道。如下图所示:
(5)实例代码:
【例】从键盘读取数据,写入管道,读取管道,写到屏幕
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main(void)
{
int fds[2];
char buf[100];
int len;
if(pipe(fds) == -1)
perror("make pipe"), exit(1);
//read from stdin
while(fgets(buf, 100, stdin)){
len = strlen(buf);
//write into pipe
if(write(fds[1], buf, len) != len){
perror("write to pipe");
break;
}
memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
//read to pipe
if((len = read(fds[0], buf, 100)) == -1){
perror("read from pipe");
break;
}
//write to stdout
if(write(1, buf, len) != len){
perror("write to stdout");
break;
}
}
}
运行结果为:
3、理解管道
(1)用fork来分析管道原理,如下图所示:
(2)从文件描述符角度理解管道
1)父进程创建管道
2)父进程fork出子进程
3)父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1]
(3)从内核角度理解管道
看待管道就如同看待文件一样,管道的使用和文件一致,迎合了“在Linux中,一切皆为文件的思想”。
(4)实例代码
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int pipefd[2];
if(pipe(pipefd) == -1)
perror("pipe error!");
pid_t pid;
pid = fork();
if(pid == -1)
perror("fork error!");
if(pid == 0){
close(pipefd[0]);
write(pipefd[1], "hello", 5);
close(pipefd[1]);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
close(pipefd[1]);
char buf[10] = {0};
read(pipefd[0], buf, 10);
printf("buf=%s\n", buf);
return 0;
}
运行结果为:
4、管道读写规则
(1)当没有数据可读时
1)O_NONBLOCK disable:read调用阻塞,即进程暂停执行,一直等到有数据来到为止。
2)O_NONBLOCK enable:read调用返回-1,errno值为EAGAIN。
(2)当管道满的时候
1)O_NONBLOCK disable:write调用阻塞,直到有进程读走数据。
2)O_NONBLOCK enable:调用返回-1,error值为EAGAIN。
(3)注意:
1)如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭,则read返回0;
2)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。
3)当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时,Linux将保证写入的原子性。
4)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。
5、管道特点
(1)只能用于具有共同祖先的进程(具有亲缘关系的进程)之间进行通信;通常,一个管道有一个进程创建,然后由该进程调用fork,此后父子进程之间就可应用该管道进行数据传送。
(2)一般而言,进程退出,管道释放,所以管道的生命随进程。
(3)一般而言,内核会对管道操作进行同步与互斥。
(4)管道是半双工的,数据只能从一个方向流动;需要双方通信时,需要建立起两个管道。如下图所示:
6、命名管道
(1)命名管道的作用
管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先(具有亲缘关系)的进程间通信。如果我们想在不相关的进程之间交换数据,可以使用FIFO文件来做这项工作,它经常被称为命名管道。命名管道是一种特殊的文件。
(2)命名管道的创建
1)命名管道可以从命令行上创建
如:$ mkfifo filename
2)命名管道也可以从程序里创建,相关函数有:
如:int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);
创建命名管道如下:
int main(int argc, char argv[])
{
mkfifo(“p2”, 0644);
return 0;
}
(3)匿名管道和命名管道的区别
1)匿名管道有pipe函数创建并打开。
2)命名管道有mkfifo函数创建,打开用open。
3)FIFO(命名管道)与pipe(匿名管道)之间唯一的区别在于它们创建于打开的方式不同,一旦这些工作完成之后,它们具有相同的语义。
(4)命名管道的打开规则
1)为读而打开
O_NONBLOCK disable:阻塞直到有相应进程为写打开该FIFO。
O_NONBLOCK enable:立刻返回成功。
2)为写而打开
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。
(5)实例代码
【例1】用命名管道实现文件拷贝
1)读取文件,写入命名管道。从文件“ipc1.c”中拷贝到文件“file”中。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
int main(int argc, int *argv[])
{
mkfifo("tp", 0644);
int infd;
infd = open("ipc1.c", O_RDONLY);
if(infd == -1)
perror("open error!");
int outfd;
outfd = open("file", O_WRONLY);
if(outfd == -1)
perror("open error!");
char buf[1024];
int n;
while((n = read(infd, buf, 1024)) > 0)
{
write(outfd, buf, n);
}
close(infd);
close(outfd);
return 0;
}
2)读取管道,写入目标文件
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int outfd;
outfd = open("abc.bak", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
if(outfd == -1)
perror("open error!");
int infd = open("tp", O_RDONLY);
if(outfd == -1)
perror("open error!!");
char buf[1024];
int n;
while((n=read(infd, buf, 1024)) > 0)
{
write(outfd, buf, n);
}
close(infd);
close(outfd);
unlink("tp");
return 0;
}
【例2】用命名管道实现client&server的通话
源文件名
服务端serverPipo.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
int main()
{
umask(0);
if(mkfifo("mypipe", 0644) < 0)
{
ERR_EXIT("mkfifo error");
}
int rfd = open("mypipe", O_RDONLY);
if(rfd < 0)
{
ERR_EXIT("open mkfifo error");
}
char buf[1024];
while(1){
buf[0] = 0;
printf("Please wait ...\n");
ssize_t s = read(rfd, buf, sizeof(buf) - 1);
if(s > 0){
buf[s - 1] = '\0';
printf("client say# %s\n", buf);
}else if(s == 0){
printf("client quit, exit now!\n");
exit(EXIT_SUCCESS);
}else{
ERR_EXIT("read error");
}
}
close(rfd);
return 0;
}
客户端clientPipo.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do{ \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
}while(0)
int main()
{
int wfd = open("mypipe", O_WRONLY);
if(wfd < 0){
ERR_EXIT("open");
}
char buf[1024];
while(1){
buf[0] = 0;
printf("Please Enter#");
fflush(stdout);
ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf) - 1);
if(s > 0){
buf[s] = 0;
write(wfd, buf, strlen(buf));
}else if(s <= 0){
ERR_EXIT("read");
}
}
close(wfd);
return 0;
}
运行结果:
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