【Linux】进程间通信（一）---- 匿名管道

news2024/11/14 21:21:07

【Linux】进程间通信（一）---- 匿名管道

一.序
- 1什么是进程间通信
- 2.进程间通信的标准
- 3.为什么需要进程通信
二.匿名管道
- 1.原理
- 2.使用
- 3.四种情况
- 4.五个特点

一.序

1什么是进程间通信

进程间通信
通信我们大致知道是啥，就是互相传递信息
那进程间通信，就是进程间相互传递信息了

我们知道信息就是就是数据

我们都知道进程具有独立性
所以我们想要让进程中的一个，将信息直接传递给另一个进程。
虽然从理论上讲确实可以，但这样无疑是破坏了进程的独立性

所以操作系统会给在内存中开辟一个公共空间
让这两个进程来进行通信

但是我们想想
进程访问这个空间，进行通信，本质就是访问操作系统
进程对于系统来说就是用户，因为进程是用户来控制的

我们曾经多次提到：操作系统是不会信任用户的
所以操作系统从开辟公共内存到进程的相互通信，都是通过调用系统自己设计的接口来进行的

所以：
一般操作系统会有一个独立的通信模块，隶属于文件系统,叫做IPC通信模块

2.进程间通信的标准

我们知道在计算机行业中，**标准是很重要的，**就像5G的行业标准是华为制定的。

所以为了让不同计算机的不同操作系统的不同文件系统，都能进行通信，所以进程间的通信标准是很重要的。
进程间通信的定制标准：system V 和 posix

3.为什么需要进程通信

1.基本数据
2.发送命令
3.某种协同
4.通知

基于这几种需求，所以创造出了进程通信

其实以前进程间是不会进行通信的
但是人们发现进程通信还挺有必要的
所以进程间通信的产生是历史的必然

二.匿名管道

这个匿名管道就是进程间通信的一种方式，但是也有局限

现在先为大伙带来原理，再带大家来使用

1.原理

这里就得用到博主曾经在FD的图了
在这里插入图片描述
这个是以前在讲文件FD时用到的图

那如果我们这个时候fork一个子进程会怎么样呢

我们知道子进程fork的时候，子进程会获得与父进程相同的虚拟地址空间的副本，使子进程拥有与父进程相同的代码、数据和堆栈。

这个时候看看上面的图：
我们知道这个struct task和struct files_struct

所以他们也会被子进程进行复制

在这里插入图片描述
我们知道左边的部分是这样被子进程复制的

那么问题来了，右边的打开的文件需不需要被复制呢？

在这里插入图片描述

这个答案肯定是否定的，因为右边两个被子进程复制走
是因为他们都是父进程的一部分，但是打开的文件就不一样了
因为打开的文件和进程是平级的，并不是与进程的一部分

所以是这样的
在这里插入图片描述

所以，利用这个特性，我们就能来创建我们的匿名管道了

在这里插入图片描述

我们打开一个buffer缓冲区(实际上就是一个内存级文件)

这个时候如果fork一下呢？

在这里插入图片描述

就会变成这样

这个时候其实我们就能发现了，这两个进程已经能进行双向通信了

但是看看我们这个叫啥：
匿名管道，管道两个字就注定了，它只进不出

因为如果子进程和父进程都同时进行读和写的话
谁能保证父进程写完，会被父进程读走呢？
所以为了确保通信的稳定性和便于实现性
所以这里就要：
关掉父进程的读或者子进程的写
或者关掉父进程的写或者子进程的读

让它变成单向通信。

在这里插入图片描述

这里就是匿名管道的原理了

2.使用

这里我们已经把管道的原理给讲明白了
接下来就是使用了

之前提过：操作系统是不会信任用户的
所以操作系统从开辟公共内存到进程的相互通信，都是通过调用系统自己设计的接口来进行的

所以这里就要解释接口了：

int pipe(int pipefd[2]);

在这里插入图片描述

pipe是起这个作用的

接下来就带大伙来试一下匿名管道通信

#include<unistd.h>
#include<iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <cstdio>
#include <cerrno>
using namespace std;
void child_write(int pipefd[2])
{
    const char * buffer="my dad";
    int cnt=2;
    while(cnt--)
    {
       write(pipefd[1],buffer,sizeof(buffer));
       cout<<"write success"<<endl;
    }
    

}
void father_read(int pipefd[2])
{
    char buffer[1024];
    while (true)
    {
        ssize_t bytesRead = read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer) - 1); // 留出一个字节存放字符串结束符
        if (bytesRead == 0)
            break;
        buffer[bytesRead] = '\0'; // 手动添加字符串结束符
        cout << buffer << endl;
    }
}
int main()
{
    int pipefd[2];
    if(pipe(pipefd)==-1)
    {
        perror("pipe失败");
        return 0;
    }
    pid_t id=fork();
    if (id < 0) 
    {
    perror("fork");
    return 1;
    } 
    // 子进程
    else if(id == 0) 
    {
       //这里就实现子进程写，父进程读把
        close(pipefd[0]);
        //子进程读
        child_write(pipefd);
        //写完，关闭通道
        close(pipefd[1]);
    } 
    // 父进程
    else 
    {
        close(pipefd[1]);
        //父进程写
        father_read(pipefd);
    }


        //读完，关闭通道
        close(pipefd[0]);
        
        //回收子进程
        int status;
        if(wait(&status)>0)
        cout<<"wait success\n"<<endl;

}