进程间通信—无名管道通信

Posted 2021-03-21 朱果果

 

进程间通信——Interprocess communication——IPC

　　每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另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,内核提供的这种机制称为进程间通信。

 

 

 　　不同进程间的通信本质：进程之间可看到一份公共资源；而提供这份资源的形式或者提供者不同，造成了通信方式不同。

　　Linux下进程通信方式主要有以下几种：

　　1、管道---pipe

　　无名管道：可用于具有亲缘关系进程间的通信（例，fork函数建立父子间通信）；

　　有名管道：除有与无名管道相同功能外，还允许无亲缘关系进程通信；

　　2、信号---signal

　　信号是在软件层上对中断机制的模拟，较为复杂，用于通知进程某事发生。

　　3、消息队列---message queue

　　消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有读/写权限的进程可以向队列中添加/读走消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

　　4、共享内存---shared memory

　　使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。

　　5、信号量---semaphore

　　要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步和互斥的手段。

　　6、套接口---Socket

　　使用更为广泛的进程间通信机制，可用于网络中不同主机之间的进程通信。

管道实现机制：
　　管道是由内核管理的一个缓冲区，相当于我们放入内存中的一个纸条。管道的一端连接一个进程的输出。这个进程会向管道中放入信息。管道的另一端连接一个进程的输入，这个进程取出被放入管道的信息。一个缓冲区不需要很大，它被设计成为环形的数据结构，以便管道可以被循环利用。当管道中没有信息的话，从管道中读取的进程会等待，直到另一端的进程放入信息。当管道被放满信息的时候，尝试放入信息的进程会等待，直到另一端的进程取出信息。当两个进程都终结的时候，管道也自动消失。

 

 

一、无名管道

　　管道通信会把一个程序的输出直接连接到另外一个程序的输入。

　　特点：亲缘关系间通信，单工通信，有固定的读端与写端。

　　1、无名管道的创建与关闭

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

//成功返回0，错误返回-1

　　无名管道由调用pipe函数来创建，是基于文件描述符的通信方式。pfd包含两个元素的整形数组，存放文件描述符。pfd[0]用于读管道， pfd[1]用于写管道。

　　管道关闭时只需要close()函数关闭两文件描述符即可。

　　2、实现管道通信

　　（1）父进程创建管道，得到两个文件描述符指向管道的两端

 

 

 

 

 

 

 

 

 

　　（2）父进程fork出子进程，子进程也有两个文件描述符指向同一管道

　　（3）父进程关闭fd[0]，关闭管道读端，可往管道写；子进程关闭fd[1]，关闭管道写端，可从管道读。管道是用环形队列实现的，数据从写端写入，从读端读出，进而实现进程间通信。

 

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <unistd.h>
 3 #include <string.h>
 4 #include <errno.h>
 5 
 6 int main(void)
 7 {
 8     int pfd[2];
 9     pid_t pid;
10     int ret;
11 
12     /*1.父进程创建管道，得到文件描述符指向管道两端*/
13     ret = pipe(pfd); 
14     if(ret == -1)
15     {
16         perror("pipe error\\n");
17         return -1;
18     }
19 
20     /* 2.父进程fork出子进程，子进程的描述符指向同一管道*/
21     pid = fork();
22     if(pid<0)
23     {
24         perror("fork error\\n");
25         return -1;
26     }else if(pid == 0) //子进程关闭pfd[0]写端，ta可以从管道读
27     {
28         close(pfd[0]);
29         char buf[64] = "I am child process!\\n";
30         while(1)
31         {
32             write(pfd[1],buf,strlen(buf));
33             sleep(1);
34         }
35     }else  //父进程关闭pfd[1]读端，他可以写入管道
36     {
37         close(pfd[1]);
38         char buf[64];
39         while(1)
40         {
41             memset(buf,0,64); //初始化内存空间，防止打印乱码
42             ret = read(pfd[0],buf,64);
43             if(ret > 0)
44             {
45                 printf("msg from child %s\\n",buf);
46             }else{
47                 break;
48             }
49         }
50     }
51 }

pipe_test.c

　

　　3.管道读取数据的四种情况

参考：https://blog.csdn.net/skyroben/article/details/71513385

 

　　4、获取管道容量大小

　　只要写端一直写，读端不读且不关闭fd[0]

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <unistd.h>
 3 #include <string.h>
 4 #include <errno.h>
 5 
 6 int main(void)
 7 {
 8     //pfd[0]用于读管道，pfd[1]用于写管道
 9     int pfd[2];
10     pid_t pid;
11     int ret;
12     int i;
13 
14     ret = pipe(pfd); //创建管道
15     if(ret < 0)
16     {
17         perror("pipe error!\\n");
18         return -1;
19     }
20     //一直写管道，知道堵塞
21     for(i=0; i<1000000; i++) 
22     {
23         write(pfd[1],"a",1);
24         printf("i = %d\\n",i);
25     }
26 
27 }

       

 　　写到65535后就发生了管道阻塞，而65536为64K大小即管道容量。