Linux 进程通信--匿名管道

Posted 2022-11-23 Readtears

 

进程通信

每个进程各⾃自有不同的⽤用户地址空间,任何⼀一个进程的全局变量在另⼀一个进程中都看不到 ，所以进 程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟⼀块缓冲区,进程A把数据从⽤用户空间 拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读⾛走,内核提供的这种机制称为进程间通信 (IPC,InterProcess Com）

画出简单的示意图：

                                               

管道pipe

管道是一种最基本的 IPC机制,由pipe函数创建: 

#include <unistd.h>

int pipe(int filedes[2]); 

调⽤用pipe函数时在内核中开辟⼀块缓冲区(称为管道)⽤用于通信,它有一个读端一个写端,然后通 过filedes参数传出给用户程序两个文件描述符,filedes[0]指向管道的读端,filedes[1]指向管道的写端(很好记,就像0是标准输入1是标准输出⼀一样)。所以管道在用户程序看起来就像⼀个打开 的文件,通过read(filedes[0]);或者write(filedes[1]);向这个文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。pipe函数调用成功返回0,调用失败返回-1。 开辟了管道之后如何实现两个进程间的通信呢?比如可以按下面的步骤通信。

1. 父进程调⽤用pipe开辟管道,得到两个文件描述符指向管道的两端。

2. 父进程调⽤用fork创建子进程,那么子进程也有两个文件描述符指向同⼀管道。 
3. 父进程关闭管道读端,子进程关闭管道写端。父进程可以往管道里写,子进程可以从管道里读,管道是用环形队列实现的,数据从写端流入从读端流出,这样就实现了进程间通信。

使用管道有一些限制: 

两个进程通过一个管道只能实现单向通信。比如上面的例子,父进程写子进程读,如果有时候也需要子进程写父进程读,就必须另开一个管道。

管道的读写端通过打开的文件描述符来传递,因此要通信的两个进程必须从它们的公共祖先那⾥里继承管道文件描述符。上面的例子是父进程把文件描述符传给子进程之后父子进程之间通信,也可以父进程fork两次,把文件描述符传给两个子进程,然后两个子进程之间通信, 总之需要通过fork传递文件描述符使两个进程都能访问同一管道,它们才能通信。 也就是说，管道通信是需要进程之间有关系。

无名管道通信特点

  1).单向通信

  2).用于有“血缘”关系的进程---父子进程中间

  3).流式服务--可任意字节发送和接收

  4).生命周期--随进程的消亡而消亡

  5).提供同步和互斥功能

无名管道的四种情况

  1).如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了(管道写端的引用计数等于0),而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。 

  2).如果有指向管道写端的文件描述符没关闭(管道写端的引用计数大于0),而持有管道写 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。

  3).如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了(管道读端的引用计数等于0),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。

  4).如果有指向管道读端的文件描述符没关闭(管道读端的引用计数大于0),而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。

代码测试程序：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>

int main()

	int fd_pipe[2];
	if(pipe(fd_pipe) < 0)
	
		printf("errno:%d,strerror:%s\\n",errno,strerror(errno));
	

	pid_t id = fork();
	if(id < 0)
	
		printf("error!\\n");
	
	else if(id == 0) //child
	
		close(fd_pipe[0]);//读端关闭
		const char* msg = "hello hacker!";
		int count = 5;
		while(count-- >= 0)
		
			write(fd_pipe[1],msg,strlen(msg));
			sleep(1);
		
	
	else   //father
	
		close(fd_pipe[1]);//写端关闭

		char buf[1024];
		memset(buf,'\\0',sizeof(buf));

		int count = 5;
		while(count-- > 0)
		
			memset(buf,'\\0',sizeof(buf));
			read(fd_pipe[0],buf,sizeof(buf)-1);
			printf("child->father: %s\\n",buf);
		

		pid_t ret = waitpid(id,NULL,0);
		if(ret > 0)
		
			printf("wait success,%d\\n",ret);
		
		else
			
			printf("wait failed,%d\\n",ret);
		
	
	return 0;

测试结果：