Linux中进程之间的通信

IPC的概念

即进程间的通信

常用方式：

1，管道通信：有名管道，无名管道

2，信号- 系统开销小

3，消息队列-内核的链表

4，信号量-计数器

5，共享内存

6，内存映射

7，套接字

无名管道

管道的概念

本质：

内核缓冲区

伪文件--不占用磁盘空间

特点：

分为两部分：

读端，写端，对应两个文件描述符

数据写端流入，读端流出

操作管理的进程被销毁之后，管道自动被释放

适用于有血缘关系的进程（父子进程）

管道默认是阻塞的：

阻塞模式确保了在数据写入管道之前，读取端不会继续执行，从而避免了读取到不完整或错误的数据。这种同步机制保证了数据的完整性和准确性。

阻塞模式下的代码通常更加直观和易于理解，因为它遵循了“等待-处理”的简单模式。

在阻塞模式，如果管道中没有数据可读，进程会挂起，等待数据到来，从而节省CPU资源。

阻塞模式可以防止在数据未完全写入管道之前就被读取，从而避免了潜在的数据泄露风险。

管道的管理

内部实现方式：队列（先进先出），而且是环形队列，确保数据的顺序性和高效性。

缓冲区大小：默认4k，大小会根据实际情况做出适当调整

管道局限性：队列使数据只能读取一次，不能重复读取，而且管道使半双工工作模式，只能进行单项通信。

匿名管道的创建

函数原型

#include <unistd.h> //包含的头文件

int pipe(int pipefd[2]);

参数：

创造管道的函数：pipe()

pipefd()是一个整型数组，用来存放管道的两个文件描述符，pipefd(0)是读端,pipefd(1)是写端。

返回值：如果创建成功，pipe()返回0;如果失败，返回-1，并用exit退出。

这里打印的文件描述符是3和4，是因为在通常的UNIX和类UNIX系统（如Linux）中，标准文件描述符（file descriptors）0、1、2 分别被预留给标准输入（stdin）、标准输出（stdout）和标准错误输出（stderr）。当你调用 pipe() 函数时，它会在系统中分配两个新的文件描述符用于管道的读端和写端，这两个是连续的，当前可用的最小文件描述符。如果系统中已经有其他文件描述符被打开（例如，通过打开文件、套接字等），那么 pipe() 返回的文件描述符可能会更高（那就可能文件描述不是3和4了）。

父子进程间使用管道通信

这里我们通过父子进程管道通信实现ps aux | grep "bash"这个功能

在父进程中，我们需要先关闭读端，在子进程关闭写端，这样就实现了数据在父进程到子进程的方向上流动。

在进程中，我们调用了dup2函数：

起到数据重定向功能通过将特定文件描述符复制到标准输入、输出或错误输出的文件描述符，可以实现I/O重定向。例如，将一个文件描述符复制到标准输出，可以使程序的输出结果保存到文件中而非显示在屏幕上

函数原型为：int dup2(int oldfd, int newfd)。

这里，oldfd表示要被复制的文件描述符，而newfd则表示目标文件描述符的新编号。

当dup2成功执行时，它会返回新的文件描述符编号，即newfd的值；如果出错，则返回-1。

值得注意的是，在调用dup2之前，若newfd已经打开，系统会先关闭newfd指向的文件，以确保不会出现悬挂指针的情况。

使用execlp让父子进程执行两个程序

成功实现功能，对于两个grep bash进程的编号不同，是因为在我们使用终端执行命令时所产生的进程，所以会略有不同（进程编号一般比较接近）

管道的读写功能

1. 写入管道

写入函数：ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
- fd：管道写端的文件描述符（pipefd[1]）。
- buf：指向要写入数据的缓冲区的指针。
- count：要写入的数据的字节数。
写入行为：
- 如果管道未满，write函数将数据写入管道，并返回实际写入的字节数。
- 如果管道已满且写端未被关闭，write函数将阻塞，直到有空间可用或管道被关闭。
- 如果管道读端全部被关闭，且写端尝试写入数据，将导致进程异常终止（除非捕获SIGPIPE信号）。

2. 读取管道

读取函数：ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
- fd：管道读端的文件描述符（pipefd[0]）。
- buf：指向用于存储读取数据的缓冲区的指针。
- count：请求读取的字节数。
读取行为：
- 如果管道中有数据，read函数从管道中读取指定数量的数据（或管道中剩余的所有数据，如果剩余数据少于请求的数量），并返回实际读取的字节数。
- 如果管道中没有数据且写端未被关闭，read函数将阻塞，直到有数据可读或管道被关闭。
- 如果管道写端全部被关闭，且读端尝试读取数据，read函数将返回0，表示文件结束（EOF）。

学到消息队列时候会详细讲

这边简单的举个例子

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <unistd.h>  
#include <string.h>  
#include <sys/wait.h>  
  
int main() {  
    int pipefd[2]; // 定义一个整型数组来存储管道的两个文件描述符  
    pid_t pid; // 定义一个变量来存储子进程的PID  
    char buf[100]; // 定义一个缓冲区来存储从管道中读取的数据  
  
    // 创建管道  
    if (pipe(pipefd) == -1) {  
        perror("pipe");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    // 创建子进程  
    pid = fork();  
  
    if (pid == -1) {  
        perror("fork");  
        exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    // 子进程代码  
    if (pid == 0) {  
        close(pipefd[1]); // 关闭子进程中的写端，因为我们只从管道读取数据  
  
        // 从管道中读取数据  
        ssize_t bytes_read = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf) - 1);  
        if (bytes_read > 0) {  
            buf[bytes_read] = '\0'; // 确保字符串以null结尾  
            printf("Received from parent: %s\n", buf);  
        }  
  
        close(pipefd[0]); // 关闭读端  
        exit(EXIT_SUCCESS); // 子进程结束  
    }  
  
    // 父进程代码  
    close(pipefd[0]); // 关闭父进程中的读端，因为我们只向管道写入数据  
  
    // 向管道写入数据  
    const char *msg = "Hello from parent";  
    write(pipefd[1], msg, strlen(msg) + 1); // 包括字符串的null终止符  
  
    close(pipefd[1]); // 关闭写端  
  
    // 等待子进程结束  
    wait(NULL);  
  
    return 0;  
}