Linux学习笔记之六（进程之间的管道通信和信号处理）

news2024/12/26 23:50:02

1、管道通信

管道通信是一个设备中进程与进程之间通信的一种方式，分为无名管道和有名管道两种。前者只能用于有亲缘关系的进程之间的通信，如父子进程等，后者则没有亲缘限制。此外，管道通信从根本上还是通过内核的一种半双工的通信方式。

1.1、无名管道

无名管道又称匿名管道，即通信双方无需知道对方的pid号，仅通过一些管道提供的描述符便可往管道缓冲区读写数据。在具体使用上，管道应比子进程更先被创建，因为而后被创建的子进程会拷贝父进程的地址空间，从而保证父子进程使用的是同一条管道。当然，管道通信并不限制进程数量。
pipe( )是创建无名管道的一个重要函数，我们可以查看其函数说明：

man 2 pipe

在这里插入图片描述

int pipefd[2]：该数组是用于存放从pipe()取出的管道描述符。其中，pipefd[0]是读取数据的描述符，pipefd[1]是写入数据的描述符。
int flags：不常用，不说。
返回值：成功返回0，反之返回-1。

再看个例子便知道怎么用了：
该例子完成的任务：父进程从终端中读取用户输入的字符并写入管道，然后子进程从管道中读取数据之后将字符一个个打印到终端中来。
注意的点：管道读取是一种阻塞式读取，即如果某一进程想从本没有数据的管道中读取数据，就会一直阻塞在那里，等到有数据进入管道缓冲区。并且这种阻塞只发生在最开始的时候，如果中途管道没有数据了，它还是可以正常读取，只不过返回值是0.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
        int pipe_fd[2];
        char buf;
        if(argc != 2)
        {
                printf("Usage :%s <string>\n", argv[0]);
                return -1
        }    
        pipe(pipe_fd);			//create a pipe
        pid_t cpid = fork();	//create a child process	
        if(cpid == 0)           //enter the child process
        {
                close(pipe_fd[1]);
                while(read(pipe_fd[0], &buf, 1)) 
                        write(1, &buf, 1);
                printf("\n");
                close(pipe_fd[0]);
                _exit(0);       //recommend to use the _exit() to exit in the child process
        }
        else                    //enter the parent process
        {
                close(pipe_fd[0]);
                write(pipe_fd[1], argv[1], strlen(argv[1]));
                close(pipe_fd[1]);
                wait(NULL);     //waiting for his child to  exit
                exit(0);
        }
        return 0;
}

1.1、有名管道

有名管道相较于无名管道，可以用于无亲缘关系进程之间的通信。并且它的逻辑也更为清晰，使用的时候，我们可以在文件夹中创造一个管道文件，然后其他进程便可往这个管道文件读写数据，最终实现进程通信的目的。
下面看看具体操作步骤：
第一步，在文件夹中创建一个管道文件（以test_pipe为例）。

mkfifo test_pipe

在这里插入图片描述
除了在终端中创建一个FIFO文件夹，我们还可以在程序中创建文件夹。同样是用mkfifo函数，参考

man 3 mkfifo

第二步，创建一个进程往test_pipe写入数据。

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

int main()
{
    int fd = open("./test_pipe", O_WRONLY);		//open the pipe file
    write(fd, "hello", 5);						//write something into the file
    close(fd);									//close the file, don't forget!
    
    return 0;
}

第三步，创建一个新的进程往test_pipe写入数据。

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

int main()
{  
    int fd = open("./test_pipe", O_WRONLY); 
    if(fd == -1)
    {
        printf("an error occured opening the pipe file\n");
        return -1;
    }
    while(1)
    {
        write(fd, "hello!", 6);
        printf("writing successfully!\n");
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

第四步，创建一个新的进程从test_pipe读出数据。注意在读取操作的时候要考虑读取延时问题，y因为如果读的速度比写的速度还慢，那可能会读到的不仅仅是这一次写入的数据，还可以能拼接一些上一次的数据。

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

int main()
{
    int fd = open("./test_pipe", O_RDONLY);
    char buf[6];
    while(1)
    {
        //sleep(1);
        read(fd, buf, 6);
        printf("what i read is: %s\n", buf);
        memset(buf, 0 ,sizeof(buf));			//clear the buf       
    }
    
    close(fd);
    return 0;
}

通过以上步骤便可以实现两个没有亲缘关系之间的通信了。但在我学习过程中，还遇到很多问题，这也一一列举出来吧。
第一，有名管道的通信是读写阻塞的，但它阻塞不是阻塞在read和write函数上，而是阻塞在open函数上。这似乎意味着，有名管道的通信始于两个进程同时访问该管道。
第二，当写进程终止之后，读进程还是可以继续运行，只是读出的数据是“空”而已。但如果读进程终止，写进程也会跟着终止。个人感觉问题出现在write函数上，即write函数检测到没有进程读数据，它就会停止，我写了程序验证了一下也大抵如此。