IPC - 管道(pipe) - 应用

Posted 2023-02-16 Redamanc

仿写 | 的实现

• • 关于IPC
  • • 为什么需要IPC？
    • IPC的方法？
  • 关于管道
  • 关于 " | "
  • pipe实现 " | "

关于IPC

IPC，即Inter-Process Communication(进程间通信)。
我们都知道，进程是一段程序的执行过程，是系统进程资源分配和调度的基本单位。

那么为什么要引入进程间通信呢？或者说，进程间通信能带来哪些好处？

为什么需要IPC？

• 数据传输
• 共享数据
• 通知事件
• 资源共享
• 进程控制

上面几点都很好理解，我们可以着重看一下最后一点：进程控制。
有一些进程希望能够完全控制另一个进程的执行（比如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截到另一进程的所有异常，并能够及时知道它的状态改变。

这一点，相信编程过的大家都很有体会吧，我们在写完一段代码，调试程序的时候，打断点、分步执行、进入执行、跳出执行等等，每执行一步，我们可以通过监视器、或者查看内存中的数据来检查程序是否按照我们预想的那样执行，从而发现错误，修正错误。
如果没有进程间通信的话，进程与进程之间你执行你的，我执行我的，井水不犯河水，那么，如何实现调试的功能呢？

IPC的方法？

1. 无名管道（pipe）
2. 有名管道（fifo）
3. 共享内存
4. 消息队列
5. 信号量
6. Socket

今天介绍的重点就是无名管道–pipe。

关于管道

我们都知道每个进程都有自己的4G虚拟地址空间
对于每个进程来说，3G的用户空间是独有的，1G的内核空间是共享的。
基于此，管道本质上就是内核空间中的一块缓存。

对于无名管道而言：

• 必须在关系进程中进程（父子进程或兄弟进程）；
• 由pipe系统调用，管道由父进程建立；

函数原型：

#include <unistd.h>
int pipe(int fields[2])

其中的fields是我们传入的数组，也是一个传出参数。
fields[0]是读端；
fields[1]是写端。

对于命名管道而言：

• 没有任何关系的进程间也可以通信；
• 通过mkfifo系统调用创建。

关于 " | "

在Linux系统中，" | " 就代表了管道。
比如说我们想通过查看Linux系统中的用户信息：
cat /etc/passwd：

我们会看到非常多的信息。
此时，我只想看root用户的信息，该怎么做呢？
cat /etc/passwd | grep root：

对于该命令的解读是：

pipe实现 " | "

通过对上面命令的解读，我们会发现，需要两个子进程，分别做cat和grep的工作，然后将cat的执行结果写入管道，grep从管道中读取内容并且过滤。

注意：
我们通过前面命令可以看到：cat的执行结果是默认输出到屏幕（标准输出）的，而grep的默认读取也是标准输入。
所以，我们为了实现通信，需要将标准输入和标准输出进行重定向（使用dup2()）。

代码如下：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <wait.h>

char *cmd1[3] = "/bin/cat", "/etc/passwd", NULL;
char *cmd2[3] = "/bin/grep", "root", NULL;

int main()

    int fd[2];
    if (pipe(fd) < 0)
    
        perror("pipe error");
        exit(1);
    
    int i = 0;
    pid_t pid;
    for (; i < 2; i++)
    
        pid = fork();
        if (pid < 0)
        
            perror("fork error");
            exit(1);
        
        else if (pid == 0) // child process
        
            if (i == 0) // 第一个子进程，负责向管道写入数据
            
                // 关闭读端
                close(fd[0]);

                // 将标准输出重定向到管道的写端
                // 下面命令执行的结果会写入到管道中
                // 而不是输出到屏幕
                if (dup2(fd[1], STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO)
                
                    perror("dup2 error");
                
                close(fd[1]);

                // 调用exec函数执行cat命令
                if (execvp(cmd1[0], cmd1) < 0)
                
                    perror("execvp error");
                    exit(1);
                
                break;
            
            if (i == 1) // 第二个子进程，负责从管道读取数据
            
                // 关闭写端
                close(fd[1]);

                /*
                 * 将标准输入重定向到管道的读端
                 * 下面命令grep的执行是从管道的读端
                 * 读取内容，而不是从标准输入读取
                 */
                if (dup2(fd[0], STDIN_FILENO) != STDIN_FILENO)
                
                    perror("dup2 error");
                    exit(1);
                
                close(fd[0]);

                // 调用exec函数执行grep命令
                if (execvp(cmd2[0], cmd2) < 0)
                
                    perror("execvp error");
                    exit(1);
                
                break;
            
        
        else // parent process
        
            if (i == 1)
            
                // 父进程要等到子进程全部创建完毕才会去回收
                close(fd[0]);
                close(fd[1]);
                wait(0);
                wait(0);
            
        
    

    exit(0);

运行结果对比：