"让我们,笑吧"

一、什么是通信?

管道是属于进程间通信的一个实现方式。再讲管道之前呢，我们先来说说什么叫做进程间通信。我们日常生活中，给自己的家人、朋友给一个call，或者弹一条微信、QQ等等，从而让人家能够知道我们想给对方传达的信息是什么，这其实简单来说是一种信息的交互。

(1)为什么需要通信?

进程通信的目的有很多种:
数据传输:一个进程需要将数据发送给另外一个进程。
资源共享:多个进程之间共享同样的资源。
通知事件:一个进程需要向另一个或者另一组进程发送消息，通知它们发生了某种事件。
进程控制：有些进程希望完全控制另外一个进程的执行(如我们进入调试debug)。

比如，我们想在file.txt里查找到hello的字段。命令行中，cat是一个进程，grep也是一个进程。

他们通过"|"管道，进行了数据通信。cat负责打印file.txt中的数据到显示器，grep 负责从这些数据按关键字过滤。从而达到我们想要的效果。那么在个地方，我们使用到了进程间通信方式一种——管道。

(2)如何进行通信？

在讨论了进程通信的重要性，那么实现它就是很必要的。然而，我们知道，进程具有独立性，那么通信的成本一定不会很低。

• 管道

• System V进程间通信

• POSIX 进程间通信

常见的进程间通信有三种方式。而本节，重要讲管道。

举个例子:
我们在使用QQ或者微信和自己的朋友、家人聊天的时候。发送的消息，一定会满足两个需求，一个是我自己要看到!我发了什么，二个是对方一定要看到，否则就根本无通信的可能。
进程间通信完全可以看作是两个进程 通过某种方式、凭借什么手段，从而让自己发送的信息，能够让对方看到。 我们称这样的一种方式，这样的能被两个进程同时看到的 资源 叫做"临界资源"。

在这种基础上建立的对进程间通信的理解，也就事半功倍。

OS的定位以及重要作用，决定了任何的进程间通信，一定绕不开OS的管理。
OS需要给通信的双方间接维护、建立通信需要的“内存空间”。
并且这种内存空间对于通信双方是 公共可见的

二、匿名管道

(1)什么是管道？

管道是Unix中最古老的进程间通信的形式;
我们把一个进程连接到另外一个进程的数据流，称之为"管道"
它们是一种基于文件系统(同一份资源)的通信方式。

管道分类;

管道分为两类:

• 匿名管道: 是一种内存级文件

• 命名管道:是一种磁盘文件，同普通文件一样在磁盘上保存。

如何理解这两种文件呢？那么一定是接下来的重头戏~

(2)创建匿名管道

正如其管道的名字一样，该管道没有"名字"。毕竟是"内存级文件"。

       #include <unistd.h>
       int pipe(int pipefd[2]);
参数pipifd：
    是一个输出型参数，保存的是文件描述符数组。fd[0]表示读端，fd[1]表示写端
return val:
On success, zero is returned.  On error, -1 is returned, and errno is set appropriately.

从函数pipe的参数设置就说了，管道支持单向通信的。如果是父进程打开的是写端，那么它自己应该关闭"读端"(即便你不会去读取，但是这保险)，而子进程打开的读端,那么顺其自然它应该去关闭自己的"写端"。

(3)管道缓冲区

我们此时让 父进程一直读，子进程每1s中向管道输出一次。

现象是，我们看到每写入一次，就读取一次。

我们对代码进行了修改。

可以看到，当读端一直在管道里读数据的时候，会在由于子进程没有发送数据，那么读端就会在read处陷入阻塞状态。

我们再对代码进行修改;

此时父进程读取的数据，不再是一行一行的了。因为管道的缓冲区，在读取之前，已经有很多数据了。而read的数据大小为 sizeof buffer。

当我们不再进行读取时;

当写入的次数达到一定时，也就不会再进行写入了！因为还有人前来读取数据，释放掉管道的空间！那么管道的空间也是有限的！

(4)读写端关闭

如果父进程正在读取，而此时写端关闭会发什么？ 如果子进程正在写入，而父进程读端关闭又会发生什么？

父进程正在读取，而此时写端关闭;

和我们预想的一样，read的返回值当检测到0时，就证明着写端关闭了;

子进程正在写入，而父进程读端关闭;

当读端关闭时，写端也就没有任何意义了。那么此时OS会直接向该进程发送信号(SIGPIPE)，终止该进程行为;

(5)读写与匿名管道特征

进行上述那么多的实验，无非就是为了验证下面的总结:

读写特征:
1.读慢，写快。(写端直到把缓冲区打满)
2.读快，写慢。(读端在read处阻塞等待)
3.写关闭，读0结束。
4.读关闭时，写端会被OS发送信号终止。

匿名管道特征:
1.管道的生命周期随进程(内存级文件)
2.一般用来进行具有血缘关系的进程之间(继承文件描述符表)
3.管道是面向字节流
4.半双工 --- 单向通信
5.具有同步与互斥机制

三、命名管道

从名字上就知道，匿名管道和命名管道的区别。是的，管道是基于文件系统的进程间通信方式，匿名管道是内存级文件，因此它不需要有文件名。而，命名管道是实打实的磁盘文件。两个进程建立通信，即共同能够看到一份公共资源，匿名管道是内存级，父子进程通过继承关系，子进程能够看到父进程打开的文件描述符fd。而命名管道，基于磁盘的路径+文件名标识磁盘上唯一的文件，两个进程同时打开这一个文件，也就意味着两个进程能够看到同一份公共资源!

(1)命令行创建管道文件

mkfifo + filename

(2)函数实现创建

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

(3)实现一个简单的client\server通信

comm.h:
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cassert>

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
using namespace std;
#define NAME_PIPE "./named_pipe"

bool CreatePipe(const std::string& path)
{
    umask(0);
    int n = mkfifo(path.c_str(),0666);
    if(n == 0)
    {
        return true;
    }    
    else{
        cout << "create pipe faild" << endl;
        return false;
    }
}


void removeFifo(const std::string& path)
{
    int n = unlink(path.c_str());
}

server:
int main()
{
    // std::cout << "hello server" << std::endl;
    bool r = CreatePipe(NAME_PIPE);
    assert(r);
    (void)r;

    int rfd = open(NAME_PIPE, O_RDONLY);
    if (rfd < 0)
        exit(1);

    char buffer[1024];
    while (true)
    {
        ssize_t s = read(rfd, buffer, sizeof(buffer));
        if (s > 0)
        {
            buffer[s] = 0;
            std::cout << "client->server# " << buffer << std::endl;
        }
        else if (s == 0)
        {
            std::cout << "client quit, me too!" << std::endl;
            break;
        }
        else
        {
            std::cout << "client quit, me too!" << std::endl;
            break;
        }
    }

    close(rfd);
    removeFifo(NAME_PIPE);
    return 0;
}

client:

int main()
{
    // 服务端写数据
    int wfd = open(NAME_PIPE, O_WRONLY);
    if (wfd < 0)
        exit(0);

    char buffer[1024];
    // write;
    while (true)
    {
        fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);
        // 去掉'\n'
        if (strlen(buffer) > 0)
            buffer[strlen(buffer) - 1] = 0;
        ssize_t n = write(wfd, buffer, sizeof(buffer));
        assert(n == strlen(buffer));
        (void)n;
    }

    close(wfd);
    return 0;
}

总结:

①进程间通信的本质在于，让不同进程看到同一份公共资源

②管道是基于文件系统的通信方式。匿名管道属于内存级文件，命名管道属于磁盘的管道文件。

③pipe可以创建匿名管道。多用于具有亲缘关系的进程间通信。

④命名管道可以实现任意两个进程进行通信。mkfifo命令行可以创建管道文件。

本篇到此结束，感谢你的阅读

祝你好运，也向阳而生~