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进程通信方式之管道

进程间通信方式

管道——无名管道/匿名管道

无名管道相关API

int pipe(int pipefd[2]);//创建无名管道pipe 

管道——有名管道

有名管道API

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进程间通信方式

1. 管道
   • 无名管道 pipe：适用于亲缘关系进程间的、一对一的通信
   • 有名管道 fifo ：适用于任何进程间的一对一、多对一的通信
   • 套接字 socket：适用于跨网络的进程间通信
2. 信号：异步通信方式
3. system-V IPC对象
   1. 共享内存：效率最高的通信方式
   2. 消息队列：相当于带标签的增强版管道
   3. 信号量
      1. 信号量组：参数复杂，功能强大到臃肿
      2. POSIX有名信号量：适用于多进程，参数简单，接口明晰，老少咸宜
      3. POSIX无名信号量：适用于多线程，参数简单，接口明晰，童叟无欺

 

管道——无名管道/匿名管道

无名管道属性：

1. 它只能作用于亲缘进程（匿名管道的创建他使用pipe创建，诞生出两个操作管道读写端的文件描述符，只有创建子进程的时候才会被继承过去，无法通过别的方式打开同一个管道）
2. 半双工通信（在读的时候不能写入，在写入的时候不能读取）
3. 操作无原子性
4. 无法用lseek定位操作位置

无名管道相关API

int pipe(int pipefd[2]);//创建无名管道pipe 

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

函数功能：

• 随机创建一个匿名管道，并且返回管道的两个通信文件描述符给传入的数组

函数参数：

• Pipefd：这是一个两个int型元素的数组，管道创建成功后会将读端文件描述符放到第0个元素中，将写端文件描述符放到第1个元素中

返回值：

• 成功返回0，失败返回-1

注意：

1. pipe 拥有两个文件描述符，一个专用于读fd[0]，一个专用于写fd[1]
2. 创建出来的 pipe 的描述符，只能通过子进程继承的方式传递给别的进程，因此只能用于亲缘进程间的通信，其他非亲缘进程无法获取 pipe 的描述符。
3. 管道打开时，必须同时有读者和写者，否则 open 会阻塞
4. 不能有多个进程同时对 pipe 进行写操作，否则数据有可能被覆盖
5. 总结： pipe 适用于一对一的、具有亲缘关系的进程间的通信。

例程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main(void)
{int pipe_fd[2];//管道文件描述符int retval;//管道返回值pid_t cpid_a, cpid_b;//子进程a、b的PIDchar buffer[1024];//ssize_t rd_ret,wr_ret;//读写返回值//创建一个无名管道//并且往pipe_fd数组当中的0元素填充管道的读端文件描述符//往1元素填充管道写端文件描述符retval = pipe(pipe_fd);if(retval == -1){perror("create pipe error\n");return -1;}bzero(buffer, sizeof(buffer));//清零cpid_a = fork();//创建子进程aif(cpid_a == 0){//往管道写入数据wr_ret = write(pipe_fd[1], "hello", strlen("hello"));if(wr_ret == -1){perror("A进程写入失败\n");exit(EXIT_FAILURE);}exit(EXIT_SUCCESS);}cpid_b = fork();//创建子进程bif(cpid_b == 0){//读取管道的数据rd_ret = read(pipe_fd[0], buffer, sizeof(buffer));if(rd_ret == -1){perror("子进程读取失败\n");exit(EXIT_FAILURE);}printf("B子进程读取到=%s\n", buffer);//往管道写入数据wr_ret = write(pipe_fd[1], "hello world", strlen("hello world"));if(wr_ret == -1){perror("B进程写入失败\n");exit(EXIT_FAILURE);}exit(EXIT_SUCCESS);}//等待子进程子进程a、b结束，回收资源waitpid(cpid_a, NULL, 0);waitpid(cpid_b, NULL, 0);//读取管道的数据rd_ret = read(pipe_fd[0], buffer, sizeof(buffer));if(rd_ret == -1){perror("子进程读取失败\n");exit(EXIT_FAILURE);}printf("父进程读取到=%s\n", buffer);close(pipe_fd[0]);close(pipe_fd[1]);return 0;
}

 

管道文件的读写特性：

	有写者		没有写者
	有数据	无数据	有数据	无数据
读操作	正常读取	阻塞	正常读取	立即返回0

	有读者		没有读者
	缓冲区未满	缓冲区已满	缓冲区未满	缓冲区已满
写操作	正常写入	阻塞	立即被系统发出的SIGPIPE杀死

备注：

•     读者 —— 对管道拥有读权限的进程
•     写者 —— 对管道拥有写权限的进程

应用场景：

1. 根据调用第三方程序的特点，文件描述符会被继承过去第三方程序中，如果你的第三方程序想要引用也是可以的（不方便）（不具备第三方调度程序的实用性）
2. 守护进程的特点是将进程变成一个后台服务，并非同步运行多个进程（不具备引用匿名管道的实用性）
3. 灵活使用：管道的特点在于他本身拥有读写阻塞特性，你可以利用这一个特性制造出属于自己的特殊的缓冲区（数据的同步互斥特性）

管道——有名管道

有名管道属性：

1. 他能够作用无任何亲缘关系的进程
2. 全双工通信
3. 操作有原子性
4. 无法用lseek定位操作位置

有名管道API

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);//创建有名管道文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

 

函数功能：

• 创建一个有名管道文件

函数参数：

• pathname：创建的管道文件名字（可以附加路径）（注意：一定得是linux下面的文件系统才能够创建出来，禁止使用windows的共享文件夹）
• mode：创建出来的文件的权限值（参照open函数的mode参数）

返回值：

• 成功返回0，失败返回-1

应用场景：

1. 因为其操作具备原子性，经常拿过来作为一个多入口缓冲区
2. 进程间通信

 读端fifo_read.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>#define	FIFO_NAME	"myfifo"	//管道文件名(可加路径)int main(void)
{int retval;int fifo_fd;//有名管道描述符ssize_t rd_ret;char buffer[1024];//判断FIFO_NAME代表的文件是否存在，不存在则进入判断语句中if(access( FIFO_NAME, F_OK) != 0){//创建一个有名管道文件//FIFO_NAME：代表文件名，0644：代表创建文件的权限mkfifo(FIFO_NAME, 0644);}//打开管道fifo_fd = open(FIFO_NAME, O_RDWR);if(fifo_fd == -1){perror("打开管道出错\n");return -1;}while(1){bzero(buffer, sizeof(buffer));//读取管道内容rd_ret = read(fifo_fd, buffer, sizeof(buffer));if(rd_ret == -1){perror("读取管道数据异常");break;}printf("读到大小为%ld，内容为 %s 的数据\n", rd_ret, buffer);}close(fifo_fd);return 0;
}

 写段fifo_write.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>#define	FIFO_NAME	"myfifo"	//管道文件名(可加路径)int main(void)
{int retval;int fifo_fd;//有名管道描述符ssize_t wr_ret;char buffer[1024];//判断FIFO_NAME代表的文件是否存在，不存在则进入判断语句中if(access( FIFO_NAME, F_OK) != 0){//创建一个有名管道文件FIFO_NAME：代表文件名，0644：代表创建文件的权限mkfifo(FIFO_NAME, 0644);}fifo_fd = open(FIFO_NAME, O_RDWR);if(fifo_fd == -1){perror("打开管道出错\n");return -1;}while(1){//获取用户输入fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);//向管道写入数据wr_ret = write(fifo_fd, buffer, strlen(buffer));if(wr_ret == -1){perror("写入管道数据异常");break;}}close(fifo_fd);return 0;
}

 int access(const char *pathname, int mode)；//检查指定文件权限或是否存在

#include <unistd.h>int access(const char *pathname, int mode);

 

函数功能：

• 检查指定文件的权限（存在与否）

函数参数：

• 指定查的文件名（可以附加路径）
• mode：代表检查的权限
  1. R_OK：判断是否可读
  2. W_OK：判断是否可写
  3. X_OK：判断是否可执行
  4. F_OK：判断文件是否存在

返回值：

• 如果权限可以，成功返回0，失败返回-1