进程的管道通信

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了进程的管道通信相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
int pid1,pid2;

main( )

int fd[2];
char outpipe[100],inpipe[100];
pipe(fd); /*创建一个管道*/
while ((pid1=fork( ))==-1);
if(pid1==0)

lockf(fd[1],1,0);
sprintf(outpipe,"child 1 process is sending message!"); /*把串放入数组outpipe中*/
write(fd[1],outpipe,50); /*向管道写长为50字节的串*/
sleep(5); /*自我阻塞5秒*/
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);

else

while((pid2=fork( ))==-1);
if(pid2==0)
lockf(fd[1],1,0); /*互斥*/
sprintf(outpipe,"child 2 process is sending message!");
write(fd[1],outpipe,50);
sleep(5);
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);

else
wait(0); /*同步*/
read(fd[0],inpipe,50); /*从管道中读长为50字节的串*/
printf("%s\n",inpipe);
wait(0);
read(fd[0],inpipe,50);
printf("%s\n",inpipe);
exit(0);




运行结果是乱码， 高手看看什么原因

参考技术A 进程协同工作时，需要互相交换信息，有些情况下进程间交换的少量信息，有些情况下进程间交换大批数据。进程通信即为两个并行进程可以通过互相发送消息进行合作，消息是通过消息缓冲而在进程之间相互传递的。 如进程同步是一种进程通信，通过修改信号量，进程之间可建立起联系，相互协调运行和协同工作;

进程间通信的方式有:信号通信机制; 共享存储区通信机制;共享文件通信机制;消息传递通信机制.

管道是连接读写进程的一个特殊文件，允许进程按先进先出方式传送数据,也能使进程同步执行操作。发送进程以字符流形式把大量数据送入管道，接收进程从管道中接收数据，所以叫管道通信.

管道的实质是一个共享文件，基本上可借助于文件系统的机制实现，包括（管道）文件的创建、打开、关闭和读写.进程对通信机构的使用应该互斥，一个进程正在使用某个管道写入或读出数据时，另一个进程就必须等待.发送者和接收者双方必须能够知道对方是否存在，如果对方已经不存在，就没有必要再发送信息.管道长度有限,发送信息和接收信息之间要实现正确的同步关系，当写进程把一定数量的数据写入管道，就去睡眠等待，直到读进程取走数据后，把它唤醒。

进程间通信——管道

文章目录

进程间通信介绍

进程间通信目的

  • 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程
  • 资源共享：多个进程之间共享同样的资源。
  • 通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
  • 进程控制：有些进程希望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改变。

进程间通信发展

  • 管道
  • System V进程间通信
  • POSIX进程间通信

进程间通信分类

管道

  • 匿名管道pipe
  • 命名管道

System V IPC

  • System V 消息队列
  • System V 共享内存
  • System V 信号量

POSIX IPC

  • 消息队列
  • 共享内存
  • 信号量
  • 互斥量
  • 条件变量
  • 读写锁

要让两个不同的进程实现通信，前提是让这两个进程看到同一份资源

管道

什么是管道

  • 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 ”

匿名管道

#include <unistd.h>
功能:创建一个无名管道
函数原型
int pipe(int fd[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
返回值:成功返回0，失败返回-1

实例代码

//例子：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 <string.h>
#include <unistd.h>
int main( void )

    int fds[2];
    char buf[100];
    int len;
    
    if ( pipe(fds) == -1 )//创建匿名管道
    	perror("make pipe"),exit(1);
    
    // read from stdin
    while ( fgets(buf, 100, stdin) ) //循环向buf中写数据
    
        len = strlen(buf);
        
        // write into pipe
        //先写再判断
        if (write(fds[1], buf, len) != len) //当实际写入管道的字符个数不等于buf长度时，就写入错误
        
            perror("write to pipe");
            break;
        
        
        memset(buf, 0x00, sizeof(buf));//将buf的内容置为0
        
        // read from pipe
        if ( (len=read(fds[0], buf, 100)) == -1 ) //先读再判断
        
            perror("read from pipe");
            break;
        
        
        // write to stdout
        if ( write(1, buf, len) != len ) //先写再判断
        
            perror("write to stdout");
            break;

用fork来共享管道原理

站在文件描述符角度-深度理解管道

因为我们最开始的进程打开了标准输入、标准输出、标准错误三个文件，所以之后所有的进程都默认打开这三个文件

为什么文件不会各自私有？因为文件是不属于进程的

站在内核角度-管道本质

f_op就是我们之前说的函数指针。

图是简化理解的，inode指针并不在struct file中

所以，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“Linux一切皆文件思想” 。

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#define ERR_EXIT(m) \\ do \\  \\ perror(m); \\ exit(EXIT_FAILURE); \\  while(0)
int main(int argc, char *argv[])
 	
    int pipefd[2]; 
    if (pipe(pipefd) == -1) 
        ERR_EXIT("pipe error");
    
    pid_t pid;
	pid = fork();
    if (pid == -1)
    	ERR_EXIT("fork error");
    
    if (pid == 0) //子进程
    
        close(pipefd[0]);//关闭读端
        
        //向管道写入
        write(pipefd[1], "hello", 5);
        //关闭写端，减少文件描述符的占用
        close(pipefd[1]);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    
    
    //父进程关闭写端
    close(pipefd[1]);
    
    char buf[10] = 0;
    //从管道中读数据
    read(pipefd[0], buf, 10);
    printf("buf=%s\\n", buf);
    
    return 0;

管道读写规则

  1. 如果写端不关闭文件描述符，也不写入，读端可能会阻塞很长时间(可能管道中一开始就有数据，不会立马就阻塞)

    示例：

    #include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<string.h>


int main()

  int pi[2] = 0;
  if (pipe(pi) < 0)//创建匿名管道失败
  
    perror("pipe");
    return 1;
  
  
  int pid = fork();
  if (pid < 0)
  
    perror("fork");
    return 1;
  
  
  //让子进程写，父进程读  
  if (pid == 0)//子进程
  
    //怕失误使用了另一个接口，所以关闭子进程的读
    close(pi[0]);

    const char* buf = "I am a child!\\n";

    while (1)
    
      write(pi[1], buf, strlen(buf));
      sleep(3);//子进程每隔3s才写入
    
    
  
  else//父进程，只读 
  
    close(pi[1]);
    char buf[64];
    while (1)
    
      ssize_t s = read(pi[0], buf, sizeof(buf) - 1);
      
      if (s > 0)
      
        buf[s] = 0;
      

      printf("father get info from pipe:%s\\n", buf);
    
     
  

  return 0;

    因为子进程每隔3s才写入管道，而父进程则是无间断地读取管道数据，所以相对来说父进程会阻塞一段时间：

    所以，如果我们关闭了子进程的文件描述符，父进程就会一直在等待，也就是陷入长时间的阻塞。

  2. 当我们写入时，如果写入条件不满足(管道满了，读端读取速度太慢)，写入端就会阻塞

    #include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<string.h>


int main()

  int pi[2] = 0;
  if (pipe(pi) < 0)//创建匿名管道失败
  
    perror("pipe");
    return 1;
  
  
  int pid = fork();
  if (pid < 0)
  
    perror("fork");
    return 1;
  
  
  //让子进程写，父进程读  
  if (pid == 0)//子进程
  
    //怕失误使用了另一个接口，所以关闭子进程的读
    close(pi[0]);

    const char* buf = "I am a child!\\n";
    
    int count = 0;
    while (1)
    
      
      write(pi[1], buf, strlen(buf));
      printf("CHILD:%d\\n", count++);
    
  
  else//父进程，只读 
  
    close(pi[1]);
    char buf[64];
    while (1)
    
      ssize_t s = read(pi[0], buf, sizeof(buf) - 1);
      sleep(1);//父进程每隔1s读一次

      if (s > 0)
      
        buf[s] = 0;
      
        
      printf("father get info from pipe:%s\\n", buf);
    
     
  

  return 0;

    可以看到，子进程一开始就在猛地写入，而父进程每隔1s才读一次数据，并且从父进程开始读数据，子进程就没有再写入了，是因为管道满了，写入条件不满足，无法完成写入。

  3. 如果写端关闭文件描述符，读端在读取管道时会读到0，也就是read函数返回0

    #include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<string.h>


int main()

  int pi[2] = 0;
  if (pipe(pi) < 0)//创建匿名管道失败
  
    perror("pipe");
    return 1;
  
  
  int pid = fork();
  if (pid < 0)
  
    perror("fork");
    return 1;
  
  
  //让子进程写，父进程读  
  if (pid == 0)//子进程
  
    //怕失误使用了另一个接口，所以关闭子进程的读
    close(pi[0]);

    const char* buf = "I am a child!\\n";
    
    int count = 0;
    while (1)
    
      if (count == 5)//子进程只写入5次
        close(pi[1]);

      write(pi[1], buf, strlen(buf));
      ++count;
    
  
  else//父进程，只读 
  
    close(pi[1]);
    char buf[64];
    while (1)
    
      ssize_t s = read(pi[0], buf, sizeof(buf) - 1);
      sleep(1);//父进程休眠1s再读取

      if (s > 0)
      
        buf[s] = 0;
        
      	printf("father get info from pipe:%s\\n", buf);
      
      printf("father exit return : %d\\n", s);
     

  

  return 0;

    子进程无休眠地只写入5次，而父进程休眠1s读取一次，当子进程停止写入后，父进程从管道中读取的数据就为0了。

  4. 如果读端关闭，写端进程可能直接被杀掉

    #include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include<string.h>
#include<stdilb.h>

int main()

  int pi[2] = 0;
  if (pipe(pi) < 0)//创建匿名管道失败
  
    perror("pipe");
    return 1;
  
  
  int pid = fork();
  if (pid < 0)
  
    perror("fork");
    return 1;
  
  
  //让子进程写，父进程读  
  if (pid == 0)//子进程
  
    //怕失误使用了另一个接口，所以关闭子进程的读
    close(pi[0]);

    const char* buf = "I am a child!\\n";
    
    int count = 0;
    while (1)
    
		
      write(pi[1], buf, strlen(buf));
    	printf("CHILD:%d\\n", count++);
    

    exit(2);
  
  else//父进程，只读 
  
    close(pi[1]);
    char buf[64];
    int count = 0;
    while (1)
    
      if (5 == count++)
         
          close(pi[0]);
      	  break;
      
      ssize_t s = read(pi[0], buf, sizeof(buf) - 1);
      sleep(1);

      if (s > 0)
      
        buf[s] = 0;
      	printf("father get info from pipe:%s\\n", buf);
      

     

  

  return 0;

    初步观察：

我们看到在父进程读取5次后，父子进程都结束了，子进程也没有继续打印了，而是退出了。

我们不让父进程结束，再来用脚本来观察父子进程的状态：

shell脚本：

   while :; do ps axj |grep mypipe | grep -v grep; echo "######################################"; sleep 1; done

效果：

可以看到实际上子进程是处于僵尸状态了，也就是退出了。

实际上，它是被操作系统杀掉了，因为管道里面已经没人读数据了，而子进程还往管道里面写数据是在浪费资源，操作系统不允许这种行为发生，于是，就杀掉了子进程。

既然子进程是被杀掉的，就需要用父进程回收，并且获取它的信号

修改一下代码，让父进程等待，并且获取信号：

可以看到子进程的退出信号是13

我们使用kill -l查看一下kill的13号命令：

顾名思义，该信号是用来杀死管道相关的进程的。

修改代码：

   #include<stdio.h>
   #include <unistd.h>
   #include<string.h>
   #include<stdlib.h>
   #include<sys/wait.h>
   
   int main()
   
     int pi[2] = 0;
     if (pipe(pi) < 0)//创建匿名管道失败
     
       perror("pipe");
       return 1;
     
     
     int pid = fork();
     if (pid < 0)
     
       perror("fork");
       return 1;
     
     
     //让子进程写，父进程读  
     if (pid == 0)//子进程
     
       //怕失误使用了另一个接口，所以关闭子进程的读
       close(pi[0]);
   
       const char* buf = "I am a child!\\n";
       
       int count = 0;
       while (1)
       
   
         write(pi[1], buf, strlen(buf));
         printf("CHILD:%d\\n", count++);
       
   
       exit(2);
     
     else//父进程，只读 
     
       close(pi[1]);
       char buf[64];
       int count = 0;
       while (1)
       
         if (5 == count++)
          
           close(pi[0]);
           break;
         
         
         ssize_t以上是关于进程的管道通信的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 

 进程间通信——管道


 Linux进程间通信


 Linux系统编程--进程间通信 ---管道篇


 Linux进程间通信


 Linux进程间通信——管道


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