lv5 嵌入式开发-7 有名管道和无名管道

news2024/10/6 20:43:46

目录

1 进程间通信介绍

2 无名管道

2.1 无名管道特点 

​编辑

2.2 读无名管道

2.3 写无名管道

3 有名管道

3.1 有名管道特点

3.2 写有名管道 

 3.3 读有名管道

掌握：进程间通信方式介绍、无名管道特点、无名管道创建、无名管道读写特性；有名管道特点、有名管道创建、有名管道读写

1 进程间通信介绍

无名管道（pipe）

有名管道 （fifo）

信号（signal）

共享内存(mmap)

套接字（socket）  开销较大，但是常用

System V IPC                             不需要过度关注

共享内存（share memory）       不需要过度关注

消息队列（message queue）     不需要过度关注

信号灯集（semaphore set）       不需要过度关注

2 无名管道

2.1 无名管道特点 

  • 只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（父与子、兄弟）
  • 单工的通信模式，具有固定的读端和写端（需要双工则创建2个管道）
  • 无名管道创建时会返回两个文件描述符，分别用于读写管道

无名管道创建 – pipe

#include  <unistd.h>
int  pipe(int pfd[2]);
  • 成功时返回0，失败时返回EOF  
  • pfd  包含两个元素的整形数组，用来保存文件描述符  
  • pfd[0]用于读管道；pfd[1]用于写管道

无名管道通信

示例:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(){
    int pfd[2];
    int re;
    char buf[20]={0};
    pid_t pid;
    re = pipe(pfd);
    if(re<0){
        perror("pipe");
        return 0;
    }
    printf("%d,%d\n",pfd[0],pfd[1]);

    //因为是无名管道是亲缘关系间通信，所以使用fork创建一个子进程
    pid = fork();
    if(pid<0){
        perror("fork");
        return 0;
    }else if(pid>0){
        //close(pfd[0]);  //父写
        while(1){
            strcpy(buf,"hhahahahah");
            write(pfd[1],buf,strlen(buf));

            sleep(1);
        }

    }else{
        //close(pfd[1]);   //子读  
        while(1){
            re=read(pfd[0],buf,20);
            if(re>0){
                printf("read pipe=%s\n",buf);
            }    
        }
    }

}
//运行结果

示例2：2个子进程写，一个父进程读

 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(){
    int pfd[2];
    int i;
    int re;
    char buf[40]={0};
    pid_t pid;
    re = pipe(pfd);
    if(re<0){
        perror("pipe");
        return 0;
    }
    printf("%d,%d\n",pfd[0],pfd[1]);

    for(i=0;i<2;i++){
        pid = fork();
        if(pid<0){
            perror("fork");
            return 0;
        }else if(pid>0){

        }else{
            break;   
            
        }
    }
    if(i==2){
        close(pfd[1]);
        while(1){
            memset(buf,0,40);
            re=read(pfd[0],buf,40);
            if(re>0){
                printf("%s\n",buf);
            }    
        }
        return 0;
    }

    if(i==1){
        close(pfd[0]);
        while(1){
            strcpy(buf,"this is 2 process");
            write(pfd[1],buf,strlen(buf));
            usleep(930000);  //如果同时写，读会有一些字符串重叠乱码
        }
        return 0;
    }
    if(i==0){
        close(pfd[0]);
        while(1){
            strcpy(buf,"this is 1 process");
            write(pfd[1],buf,strlen(buf));
            sleep(1);
        }

        return 0;
    }


}

重点理解i = 2 是父进程，通过fork的返回值区分父进程和子进程

 

无名管道注意事项：

  • 只能用于亲缘关系的进程间通信（父子进程，兄弟进程）
  • 管道通信是单工的，一端读，一端写（程序实现设计好）。
  • 数据自己读不能自己写
  • 管道可以用于大于2个进程共享

2.2 读无名管道

读管道：

-管道中有数据，read返回实际读到的字节数。

-管道中无数据：

        管道写端被全部关闭，read返回0 (好像读到文件结尾)

        写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)

示例：写端关闭，读read=0

 不关闭也不写，阻塞

2.3 写无名管道

写管道：

-管道读端全部被关闭， 进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止)

-管道读端没有全部关闭：

        管道已满，write阻塞。（管道大小64K）

        管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。

示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
    int pfd[2];
    int re;
    char buf[20]={0};
    pid_t pid;
    re = pipe(pfd);
    if(re<0){
        perror("pipe");
        return 0;
    }
    printf("%d,%d\n",pfd[0],pfd[1]);
    pid = fork();
    if(pid<0){
        perror("fork");
        return 0;
    }else if(pid>0){
        close(pfd[0]);
//        close(pfd[1]);
        int j=0;
        while(1){
            j++;
            strcpy(buf,"hhahahahah");
            for(int i=0;i<1000;i++){
                write(pfd[1],buf,strlen(buf));
            }
            printf("write %d times\n",j);
            sleep(1);
        }

    }else{
        close(pfd[1]); 
       // close(pfd[0]);
        sleep(30000);
        exit(0);
       while(1){
            re=read(pfd[0],buf,20);
            if(re>0){
                printf("read pipe=%s\n",buf);
            }else if(re==0){
                printf("re=0\n");
            }
        }
    }


}

如何获取无名管道的大小？

循环写入管道，直到阻塞

统计循环次数

读端不存在 有空间 无空间   管道断裂！  

如何验证管道断裂(进程被信号结束)？

子进程写管道

父进程回收

3 有名管道

3.1 有名管道特点

  • 有名管道特点
  • 有名管道可以使非亲缘的两个进程互相通信
  • 通过路径名来操作，在文件系统中可见，但内容存放在内存中  
  • 文件IO来操作有名管道
  • 遵循先进先出规则  
  • 不支持leek操作
  • 单工读写

有名管道创建 – mkfifo

#include  <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int mkfifo(const char *path, mode_t mode);
  • 成功时返回0，失败时返回EOF  
  • path  创建的管道文件路径  
  • mode 管道文件的权限，如0666

有名管道读写 – 示例

进程A：循环从键盘输入并写入有名管道myfifo，输入quit时退出

进程B：循环统计进程A每次写入myfifo的字符串的长度

有个管道的打开

open(const char *path, O_RDONLY);//1
open(const char *path, O_RDONLY | O_NONBLOCK);//2
open(const char *path, O_WRONLY);//3
open(const char *path, O_WRONLY | O_NONBLOCK);//4

3.2 写有名管道 

示例：注意不要创建在windows与linux的共享目录，因为win不支持

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>


int main(){
    int re;
    int fd;
    char buf[32];
    re = mkfifo("/myfifo",0666);
    if(re<0){
        perror("mkfifo");
        //return 0;
    }
    fd = open("/myfifo",O_WRONLY|O_NONBLOCK);
    if(fd<0){
        perror("open");
        return 0;
    }
    printf("after open\n");
    while(1){
        fgets(buf,32,stdin);
        write(fd,buf,strlen(buf));

    }
}

 3.3 读有名管道

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>


int main(){
    int re;
    int fd;
    char buf[32];
/*
    re = mkfifo("/myfifo",0666);
    if(re<0){
        perror("mkfifo");
        return 0;
    }
    */
    fd = open("/myfifo",O_RDONLY);
    if(fd<0){
        perror("open");
        return 0;
    }
    printf("after open\n");
    while(1){
        
        re=read(fd,buf,32);
        if(re>0){
            printf("read fifo=%s\n",buf);
        }else if(re==0){  //写退出，读程序的处理
            exit(0);
        }

    }
}

读写效果：写终端操作输入，另一终端输出

 

/*  create_fifo.c  */
// 省略头文件
int main(void) 
{
    if(mkfifo(“myfifo”, 0666) < 0) 
    {
        perror(“mkfifo”);
        exit(-1);
    }
    return 0;
}

注意事项：

  1. 1 就是程序不能以O_RDWR(读写)模式打开FIFO文件进行读写操作，而其行为也未明确定义，因为如一个管道以读/写方式打开，进程可以读回自己的输出，同时我们通常使用FIFO只是为了单向的数据传递

2 第二个参数中的选项O_NONBLOCK，选项O_NONBLOCK表示非阻塞，加上这个选项后，表示open调用是非阻塞的，如果没有这个选项，则表示open调用是阻塞的。

3  对于以只读方式（O_RDONLY）打开的FIFO文件，如果open调用是阻塞的（即第二个参数为O_RDONLY），除非有一个进程以写方式打开同一个FIFO，否则它不会返回；如果open调用是非阻塞的的（即第二个参数为O_RDONLY | O_NONBLOCK），则即使没有其他进程以写方式打开同一个FIFO文件，open调用将成功并立即返回。

4 对于以只写方式（O_WRONLY）打开的FIFO文件，如果open调用是阻塞的（即第二个参数为O_WRONLY），open调用将被阻塞，直到有一个进程以只读方式打开同一个FIFO文件为止；如果open调用是非阻塞的（即第二个参数为O_WRONLY | O_NONBLOCK），open总会立即返回，但如果没有其他进程以只读方式打开同一个FIFO文件，open调用将返回-1，并且FIFO也不会被打开。

5 数据完整性,如果有多个进程写同一个管道，使用O_WRONLY方式打开管道，如果写入的数据长度小于等于PIPE_BUF（4K），那么或者写入全部字节，或者一个字节都不写入，系统就可以确保数据决不会交错在一起。

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