linux进程间通信之管道通信

news2024/11/27 4:38:24

Linux 进程间通信机制分三类：数据交互，同步，信号。理解了这些机制才能灵活运用操作系统提供的 IPC 工具。

一.管道

管道是一种文件形式，是内核的一块缓冲区。匿名管道只能用于具有亲缘关系的进程间通信，命名管道可以用于任意的进程间通信。管道自带同步与互斥功能（读写操作数据大小不超过PIPE_BUF大小，读写操作受保护）。无名管道是一种内存文件，只能用于具有亲缘关系的进程间通信，fork的方式。管道是半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。虽然管道是半双工的，但是我们可以通过创建两个无名管道实现父子进程间的相互通信。

（1）无名管道

有如下两个特点：

1. 只能用于有关联的进程间数据交互，如父子进程，兄弟进程，子孙进程，在目录中看不到文件节点，读写文件描述符存在一个 int 型数组中。

2. 只能单向传输数据，即管道创建好后，一个进程只能进行读操作，另一个进程只能进行写操作，读出来字节顺序和写入的顺序一样。

无名管道使用步骤：

1. 调用 pipe() 创建无名管道；

2. fork()创建子进程，一个进程读，使用 read() ，一个进程写，使用 write() 。

1.pipe()函数

2.代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int main(void)
{
    char buf[32] = {0};
    pid_t pid;
    // 定义一个变量来保存文件描述符
    // 因为一个读端，一个写端，所以数量为 2 个
    int fd[2];
    // 创建无名管道
    pipe(fd);
    printf("fd[0] is %d\n", fd[0]);
    printf("fd[2] is %d\n", fd[1]);
    // 创建进程
    pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
        printf("error\n");
    }
    if (pid > 0)
    {
        int status;
        close(fd[0]);
        write(fd[1], "hello", 5);
        close(fd[1]);
        wait(&status);
        exit(0);
    }
    if (pid == 0)
    {
        close(fd[1]);
        read(fd[0], buf, 32);
        printf("buf is %s\n", buf);
        close(fd[0]);
        exit(0);
    }
    return 0;
}

3.结果

（2）有名管道

有名管道中可以很好地解决在无关进程间数据交换的要求，并且由于它们是存在于文件系统中的，这也提供了一种比匿名管道更持久稳定的通信办法。有名管道在一些专业书籍中叫做命名管道，它的特点是

1.可以使无关联的进程通过 fifo 文件描述符进行数据传递；

2.单向传输有一个写入端和一个读出端，操作方式和无名管道相同。

1.mkfifo()函数

2.使用步骤

1. 使用 mkfifo() 创建 fifo 文件描述符。

2. 打开管道文件描述符。

3. 通过读写文件描述符进行单向数据传输。

3.实验代码

创建两个无关联的进程，一个进程创建有名管道并写数据，另一个进程通过管道读数据。

fifo_write.c。

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret;
    char buf[32] = {0};
    int fd;
    if (argc < 2)
    {
        printf("Usage:%s <fifo name> \n", argv[0]);
        return -1;
    }
    if (access(argv[1], F_OK) == 1)
    {
        ret = mkfifo(argv[1], 0666);
        if (ret == -1)
        {
            printf("mkfifo is error \n");
            return -2;
        }
        printf("mkfifo is ok \n");
    }
fd = open(argv[1], O_WRONLY);
while (1)
{
    sleep(1);
    write(fd, "hello", 5);
}
    close(fd);
    return 0;
}

fifo_read.c ：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    char buf[32] = {0};
    int fd;
    if (argc < 2)
    {
        printf("Usage:%s <fifo name> \n", argv[0]);
        return -1;
    }
    fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    while (1)
    {
        sleep(1);
        read(fd, buf, 32);
        printf("buf is %s\n", buf);
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
    close(fd);
    return 0;
}