进程间通信
- 一、进程间通信
- 1.1 通信的介绍
- 1.2 通信的目的
- 1.3 通信的分类
- 二、管道
- 2.1 匿名管道
- 2.1.1 pipe
- 2.2.2 读写特征
- 2.2.3 命名管道
一、进程间通信
1.1 通信的介绍
通信就是一个进程把数据传递给另一个进程，但是每个进程都具有独立性。通信的本质：OS需要直接或者间接给通信双方的进程提供“内存空间”，并且要通信的进程，必须看到一份公共的资源。
1.2 通信的目的
数据传输： 一个进程需要将它的数据发送给另一个进程
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一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）
进程控制： 有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程）
为什么要进行通信？
因为我们有时需要多进程协同，例如管道。
1.3 通信的分类
1️⃣ 采用标准的做法：System V进程间通信（聚焦在本地通信，如共享内存）、POSIX进程间通信（让通信过程可以跨主机）。
2️⃣ 采用文件的做法：管道-基于文件系统（匿名管道、命名管道）
二、管道
我们把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个“管道”
我们知道要进行通信要指向同一块空间，所以我们可以让父进程打开一个文件，然后创建子进程，这样父子进程就会指向同一个文件，这样就可以在同一分文件中进行交流。
两个进程看到同一份资源，让一个进程写，另一个进程读，就可以完成进程间通信，这个文件成为管道文件。
但是我们知道往文件里写就要与磁盘进行IO，效率大大降低。
任何一个文件包括两套资源：1.file的操作方法 2.有属于自己的内核缓冲区，父进程可以向对应的文件的文件缓冲区写入，子进程可以通过文件缓冲区读取，此时就完成了进程间通信，这种方式提供的文件称为管道文件。管道文件本质就是内存级文件，不需要IO。
这种管道叫做匿名管道。
2.1 匿名管道
我们知道我们如果以读的方式打开文件，那么子进程也会默认为读方式打开。
所以我们分别以读写方式打开同一个文件，子进程也会继承读写。接下来我们关闭一个进程的读端，再关闭另一个进程的写端（当然也可以不关，但为了防止其他进程使用，还是建议关闭），这样就让不同的进程看到同一份文件。
一般而言，管道只能用来进行单向数据通信。
那么怎么创建一个管道级文件呢？
2.1.1 pipe
它的参数是一个输出型参数，它可以帮我们分别以读和写的方式打开文件，然后把文件描述符填进数组返回。
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <cassert>
using namespace std;
int main()
{
int fds[2];
int n = pipe(fds);
assert(n == 0);
printf("fds[0] = %d\nfds[1] = %d\n", fds[0], fds[1]);
return 0;
}
注意 0是读，1是写。
至此我们成功创建了管道文件，打开了读写端。
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <cassert>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/stat.h>
using namespace std;
int main()
{
// 创建管道文件
int fds[2];
int n = pipe(fds);
assert(n == 0);
// fork
pid_t id = fork();
if(id == 0)// 子
{
// 子进程通信
close(fds[0]);// 关闭读
int cnt = 0;
while(1)
{
char buf[1024];
snprintf(buf, sizeof(buf), "child->father: %s[%d]", "子进程发送", ++cnt);
write(fds[1], buf, strlen(buf));
sleep(1);
}
exit(0);
}
// 父进程通通信
close(fds[1]);// 关闭写
while(1)
{
char buf[1024];
ssize_t s = read(fds[0], buf, sizeof(buf) - 1);
if(s) buf[s] = '\0';// 补'\0'
cout << "收到消息@ " << buf << endl;
}
waitpid(id, nullptr, 0);
return 0;
}
2.2.2 读写特征
1️⃣ 读快写慢
子进程休眠，管道内没有数据，此时默认会直接阻塞当前正在读取的进程。
读完一次数据后，第二次就会卡在read处等待。
2️⃣ 读慢写快
写端一直在写，读端不读，而管道是有大小的，会被写满。
当我们让父进程只等待两秒时：
他会按照指定的大小读取（sizeof(buf) - 1）。
3️⃣ 写关闭，读到0
4️⃣ 读取关闭，写入
如果是关闭读端，OS会终止写端，并会给写进程发送信号终止进程。
管道特征：
1.管道的生命周期随进程，进程退出，管道释放
2.管道可以用来进行具有血缘关系的进程间通信（常用于父子通信）
3.管道是面向字节流的
4.半双工—单向通信（特殊）
5.互斥与同步机制——对共享资源进行保护的方案
2.2.3 命名管道
我们知道匿名管道只能在有血缘关系的进程间进行通信。
那么没有关系的进程之间就要用命名管道。
可以使用FIFO文件来做这项工作，它经常被称为命名管道，命名管道是一种特殊类型的文件
使用mkfifo命令创建命名管道
一个进程往管道文件中写入，另一个进程从管道中读取。就完成了进程间的通信。
这里要注意，往管道文件中写入和读取的时候大小一直为0。
两个进程打开同一个文件：第二个文件不需要继续创建struct_file对象，直接指向第一个文件的struct_file。在内核中，此时就看到了同一份资源，有着操作方法和缓冲区，不需要把数据刷新到磁盘上去，不需要IO。所以无论是匿名还是命名，本质都是管道。
因为命名管道是通过让不同的进程打开指定名称的同一个文件（因为路径+文件名具有唯一性）。
创建自己的管道文件
我们先创建一个管道文件，首先要让两个进程看到同一份文件。comm.hpp
创建管道文件函数：
comm.hpp
#include <string>
#define NAME_PIPE "./mypipe"
using namespace std;
bool creatfifo(const string& path)
{
int n = mkfifo(path.c_str(), 0666);
if(!n) return true;
else
{
cout << "errno mkfifo" << endl;
return false;
}
}
test1.cc
#include "comm.hpp"
using namespace std;
int main()
{
bool flag = creatfifo(NAME_PIPE);
assert(flag);
return 0;
}
删除管道文件
删除管道文件函数：
comm.hpp
void Delete(const string& path)
{
int n = unlink(path.c_str());
assert(n == 0);
}
test1.cc
int main()
{
bool flag = creatfifo(NAME_PIPE);
assert(flag);
Delete(NAME_PIPE);
return 0;
}
创建和删除管道文件已经完成，我们就可以开始通信了。
test1.cc
#include "comm.hpp"
int main()
{
bool flag = creatfifo(NAME_PIPE);
assert(flag);
int rfd = open(NAME_PIPE, O_RDONLY);// 只读
if(rfd < 0) exit(1);
// read
char buf[1024];
while(true)
{
ssize_t s = read(rfd, buf, sizeof(buf) - 1);
if(s > 0)
{
cout << "test1->test2# " << buf << endl;
}
else if(s == 0)
{
cout << "test2 quit, me too!" << endl;
break;
}
else
{
cout << "error" << endl;
break;
}
}
close(rfd);
Delete(NAME_PIPE);
return 0;
}
test2.cc
#include "comm.hpp"
int main()
{
int wfd = open(NAME_PIPE, O_WRONLY);// 只写方式打开同一份文件
if(wfd < 0) exit(1);
// write
char buf[1024];
while(true)
{
cout << "输入: ";
fgets(buf, sizeof(buf), stdin);// 从键盘读取
ssize_t n = write(wfd, buf, sizeof(buf));
assert(n == strlen(buf));
}
close(wfd);
return 0;
}
