高编：进程间通信 IPC interprocess communicate

news2024/10/6 2:23:31

一、进程间三大类通信

1、古老的通信方式

        无名管道  有名管道  信号

2、IPC对象通信 system v(5)    BSD     suse fedora   kernel.org

        消息队列(用的相对少，这里不讨论)
        共享内存
        信号量集(进程间做互斥与同步semaphore)

3、socket通信

        网络通信

二、管道

无名管道 ===》pipe ==》只能给有亲缘关系进程通信
有名管道 ===》fifo ==》可以给任意单机进程通信

1.管道的特性

1）管道是 半双工的工作模式
2）所有的管道都是特殊的文件不支持定位操作。lseek->> fd  fseek ->>FILE* 
3）管道是特殊文件，读写使用文件IO。fgets,fread,fgetc（标准IO，文本文件常用）
    open,read,write,close;（文件IO，一般用这个，二进制文件常用）
  

 2.无名管道使用注意事项 

1）读端存在，一直向管道中去写（写得太快），超过64k，写会阻塞。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int pipefd[2]={0};
    int ret = pipe(pipefd);
    if(-1 == ret)
    {
        perror("pipe");
        exit(1);
    }

    pid_t pid = fork();
    if(pid>0)
    {
        char buf[1024]={0};
        close(pipefd[0]);
        memset(buf,'a',1024);
        int i = 0 ;
        for(i=0;i<65;i++)
        {
            write(pipefd[1],buf,sizeof(buf));
            printf("i is %d\n",i);
        }
    }
    else if(0 == pid)
    {
        close(pipefd[1]);
        char buf[100]={0};
        while(1)sleep(1);
    }
    else 
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    return 0;
}


2）写端存在，读管道，（写得慢，读得快）如果管道为空的话，读会阻塞。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[])
{  
    int pipefd[2]={0};
    int ret = pipe(pipefd);
    if(-1 == ret)
    {
        perror("pipe");
        exit(1);
    }

    pid_t pid = fork();
    if(pid>0)
    {
        char buf[]="capper";
        close(pipefd[0]);
        sleep(3);
        write(pipefd[1],buf,strlen(buf));
    }
    else if(0 == pid)
    {
        close(pipefd[1]);
        char buf[100]={0};
        read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));
        printf("pipe %s\n",buf);
    }
    else 
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

阻塞3s后，才打印出结果


3）管道破裂，读端关闭，写管道出错，程序结束。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int pipefd[2]={0};
    int ret = pipe(pipefd);
    if(-1 == ret)
    {
        perror("pipe");
        exit(1);
    }

    pid_t pid = fork();
    if(pid>0)
    {
        char buf[]="hello,world";
        close(pipefd[0]);
        sleep(3);
        // 管道破裂 gdb  跟踪
        write(pipefd[1],buf,strlen(buf));
        printf("aaaa\n");
    }
    else if(0 == pid)
    {
        close(pipefd[1]);
        close(pipefd[0]);
    }
    else 
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

管道破裂，程序退出 


4）写端关闭，如果管道没有内容，读端返回0，read 0 ；

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int pipefd[2]={0};
    int ret = pipe(pipefd);
    if(-1 == ret)
    {
        perror("pipe");
        exit(1);
    }

    pid_t pid = fork();
    if(pid>0)
    {
        char buf[]="hello,world";
        close(pipefd[0]);
        write(pipefd[1],buf,strlen(buf));
        write(pipefd[1],buf,strlen(buf));
        close(pipefd[1]);
    }
    else if(0 == pid)
    {
        close(pipefd[1]);
            char buf[5]={0};
        while(1)
        {
            //memset(buf,0,5);
            bzero(buf,sizeof(buf));
            int rd_ret = read(pipefd[0],buf,sizeof(buf)-1);
            if(rd_ret<=0)
            {
                break;
            }
            printf("pipe %s\n",buf);
        }
    }
    else 
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

3.无名管道使用框架

创建管道 ==》读写管道 ==》关闭管道

1.无名管道 ===》管道的特例 ===>pipe函数
特性：
1.1  亲缘关系进程使用
1.2  有固定的读写端


2.3.1创建并打开管道

pipe函数
#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);
功能：创建并打开一个无名管道
参数：pipefd[0] ==>无名管道的固定读端
           pipefd[1] ==>无名管道的固定写端
返回值：成功  0
              失败 -1；

注意事项：
无名管道的架设应该在fork之前进行。
    
无名管道的读写：===》文件IO的读写方式。
  读： read() 
  写： write() 

关闭管道： close();

练习：相当于cp的功能
    设计一个多进程程序，用无名管道完成父子进程间的任意信息：传送，包括数字、字符串等。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int pipefd[2]={0};
    int ret = pipe(pipefd);
    if(-1 == ret)
    {
        perror("pipe");
        exit(1);
    }

    pid_t pid = fork();
    if(pid>0)
    {
        close(pipefd[0]);
       int fd =  open("/home/linux/1.png",O_RDONLY);
       if(-1 == fd)
       {
            perror("open");
            exit(1);
       }
       while(1)
       {
            char buf[4096]={0};
            int rd_ret = read(fd,buf,sizeof(buf));
            if(rd_ret<=0)
            {
                break;
            }
            write(pipefd[1],buf,rd_ret);
       }
       close(fd);
       close(pipefd[1]);
    }
    else if(0 == pid)
    {
        close(pipefd[1]);
        int fd = open("2.png",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
        if(-1==fd)
        {
            perror("open");
            exit(1);
        }
        while(1)
        {
            char buf[1024]={0};
            int rd_ret = read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));
            if(rd_ret<=0)
            {
                break;
            }
            write(fd,buf,rd_ret);
        }
        close(fd);
        close(pipefd[0]);
    }
    else 
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

运行结果：将1.png复制为2.png

验证如下问题：
1、父子进程是否都有fd[0] fd[1]，如果在单一进程中写fd[1]能否直接从fd[0]中读到。

        可以，写fd[1]可以从fd[0]读

2、管道的数据存储方式是什么样的数据是否一直保留？
        栈， 先进后出
        队列形式存储 读数据 会剪切取走数据 不会保留    <先进先出>

3、管道的数据容量是多少，有没有上限值。
        操作系统的建议值： 512* 8 = 4k
         man 7 pipe
        代码测试实际值：   65536byte= 64k

4、管道的同步效果如何验证？读写同步验证。
     读端关闭能不能写？ 不可以 ===>SIGPIPE 异常终止 
     写端关闭能不能读？ 可以，取决于pipe有没有内容，===>read返回值为0 不阻塞

        结论：读写端必须同时存在，才能进行管道的读写。

5、固定的读写端是否就不能互换？
     能否写fd[0] 能否读fd[1]?   不可以，是固定读写端。

4.有名管道

有名管道===》fifo ==》有文件名称的管道。文件系统中可见

框架：
    创建有名管道 ==》打开有名管道 ==》读写管道==》关闭管道  ==》卸载有名管道

2.4.1 创建：mkfifo

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
功能：在指定的pathname路径+名称下创建一个权限为mode的有名管道文件。
参数：pathname要创建的有名管道路径+名称
          mode  8进制文件权限//0666/0777
返回值：成功 0
              失败  -1；

2.4.2 打开有名管道 open

    注意：该函数使用的时候要注意打开方式，因为管道是半双工模式，所有打开方式直接决定当前进程的读写方式。
    一般只有如下方式：
    int fd-read = open("./fifo",O_RDONLY); ==>fd 是固定读端
    int fd-write = open("./fifo",O_WRONLY); ==>fd 是固定写端
    不能是 O_RDWR 方式打开文件
    不能有 O_CREAT 选项，因为创建管道有指定的mkfifo函数

2.4.3 有名管道的读写： 文件IO

    读： read(fd-read,buff,sizeof(buff));
    写： write(fd-write,buff,sizeof(buff));

2.4.4 关闭管道

close(fd)；

2.4.5 卸载有名管道

remove();
int unlink(const char *pathname);
功能：将指定的pathname管道文件卸载，同时从文件系统中删除。
参数： ptahtname 要卸载的有名管道 
返回值：成功  0
              失败  -1

01fifo_w.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = mkfifo("myfifo",0666);    
    if(-1 == ret)
    {
        //如果是管道文件已存在错误，让程序继续运行
        if(EEXIST== errno)
        {

        }else 
        {
            perror("mkfifo");
            exit(1);
        }
    }
    //open 会阻塞，等到另一端读段打开，解除阻塞
    int fd = open("myfifo",O_WRONLY);
    if(-1 == fd)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    char buf[256]="hello,fifo,test";
    write(fd,buf,strlen(buf));
    close(fd);

    return 0;
}

02fifo_r.c

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = mkfifo("myfifo",0666);    
    if(-1 == ret)
    {
        //如果是管道文件已存在错误，让程序继续运行
        if(EEXIST== errno)
        {
        
        }else 
        {
            perror("mkfifo");
            exit(1);
        }
    }

    int fd = open("myfifo",O_RDONLY);
    if(-1 == fd)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }

    char buf[256]={0};
    read(fd,buf,sizeof(buf));
    printf("fifo %s\n",buf);
    close(fd);
    //remove("myfifo");

    return 0;
}

1、是否需要同步，以及同步的位置。
        读端关闭 是否可以写，不能写什么原因。
        写端关闭 是否可以读。

        结论：有名管道执行过程过必须有读写端同时存在。
                   如果有一端没有打开，则默认在open函数部分阻塞。

2、有名管道是否能在fork之后的亲缘关系进程中使用。
        结论： 可以在有亲缘关系的进程间使用。
        注意： 启动的次序可能会导致其中一个稍有阻塞。

3、能否手工操作有名管道实现数据的传送。
        读： cat  fifoname
        写： echo "asdfasdf" > fifoname

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