【在Linux世界中追寻伟大的One Piece】进程间通信

news2024/12/23 1:49:44

目录

1 -> 进程间通信介绍

1.1 -> 进程间通信目的

1.2 -> 进程间通信发展

1.3 -> 进程间通信分类

1.3.1 -> 管道

1.3.2 -> System V IPC

1.3.3 -> POSIX IPC

2 -> 管道

2.1 -> 什么是管道

2.2 -> 匿名管道

2.3 -> 实例代码

2.4 -> 用fork来共享管道原理

2.5 -> 站在文件描述符角度——深度理解管道

2.6 -> 站在内核角度——管道本质

3 -> 管道读写规则

4 -> 管道特点

1 -> 进程间通信介绍

1.1 -> 进程间通信目的

  • 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)，此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变。

1.2 -> 进程间通信发展

  • 管道
  • System V进程间通信
  • POSIX进程间通信

1.3 -> 进程间通信分类

1.3.1 -> 管道

  • 匿名管道pipe
  • 命名管道

1.3.2 -> System V IPC

  • System V消息队列
  • System V共享内存
  • System V信号量

1.3.3 -> POSIX IPC

  • 消息队列
  • 共享内存
  • 信号量
  • 互斥量
  • 条件变量
  • 读写锁

2 -> 管道

2.1 -> 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"。

2.2 -> 匿名管道

#include <unistd.h>
功能:创建一无名管道
原型
int pipe(int fd[2]);
参数
fd：文件描述符数组,其中fd[0]表示读端, fd[1]表示写端
返回值:成功返回0，失败返回错误代码

2.3 -> 实例代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

//例子：从键盘读取数据，写入管道，读取管道，写到屏幕
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
	int fds[2];
	char buf[100];
	int len;
	if (pipe(fds) == -1)
		perror("make pipe"), exit(1);

	// read from stdin
	while (fgets(buf, 100, stdin)) 
	{
		len = strlen(buf);
		// write into pipe
		if (write(fds[1], buf, len) != len) 
		{
			perror("write to pipe");

			break;
		}

		memset(buf, 0x00, sizeof(buf));

		// read from pipe
		if ((len = read(fds[0], buf, 100)) == -1) 
		{
			perror("read from pipe");

			break;
		}

		// write to stdout
		if (write(1, buf, len) != len) 
		{
			perror("write to stdout");

			break;
		}
	}
}

2.4 -> 用fork来共享管道原理

2.5 -> 站在文件描述符角度——深度理解管道

2.6 -> 站在内核角度——管道本质

所以，看待管道，就如同看待文件一样！管道的使用和文件一致，迎合了"Linux一切皆文件思想"。

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)
int main(int argc, char* argv[]) 
{
	int pipefd[2]; 
	if (pipe(pipefd) == -1) 
		ERR_EXIT("pipe error");

	pid_t pid;
	pid = fork();
	if (pid == -1)
		ERR_EXIT("fork error");

	if (pid == 0) 
	{
		close(pipefd[0]);
		write(pipefd[1], "hello", 5);
		close(pipefd[1]);

		exit(EXIT_SUCCESS);
	}

	close(pipefd[1]);
	char buf[10] = { 0 };
	read(pipefd[0], buf, 10);

	printf("buf=%s\n", buf);

	return 0;
}

例1. 在minishell中添加管道的实现：

# include <stdio.h>
# include <stdlib.h>
# include <unistd.h>
# include <string.h>
# include <fcntl.h>

# define MAX_CMD 1024

char command[MAX_CMD];

int do_face()
{
	memset(command, 0x00, MAX_CMD);
	printf("minishell$ ");
	fflush(stdout);
	if (scanf("%[^\n]%*c", command) == 0) 
	{
		getchar();

		return -1;
	}

	return 0;
}

char** do_parse(char* buff)
{
	int argc = 0;
	static char* argv[32];
	char* ptr = buff;
	while (*ptr != '\0') 
	{
		if (!isspace(*ptr)) 
		{
			argv[argc++] = ptr;
			while ((!isspace(*ptr)) && (*ptr) != '\0') 
			{
				ptr++;
			}
		}
		else 
		{
			while (isspace(*ptr)) 
			{
				*ptr = '\0';
				ptr++;
			}
		}
	}

	argv[argc] = NULL;

	return argv;
}

int do_redirect(char* buff)
{
	char* ptr = buff, * file = NULL;
	int type = 0, fd, redirect_type = -1;
	while (*ptr != '\0') 
	{
		if (*ptr == '>') 
		{
			*ptr++ = '\0';
			redirect_type++;
			if (*ptr == '>') 
			{
				*ptr++ = '\0';
				redirect_type++;
			}

			while (isspace(*ptr)) 
			{
				ptr++;
			}

			file = ptr;
			while ((!isspace(*ptr)) && *ptr != '\0') 
			{
				ptr++;
			}

			*ptr = '\0';
			if (redirect_type == 0) 
			{
				fd = open(file, O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY, 0664);
			}
			else 
			{
				fd = open(file, O_CREAT | O_APPEND | O_WRONLY, 0664);
			}

			dup2(fd, 1);
		}

		ptr++;
	}

	return 0;
}

int do_command(char* buff)
{
	int pipe_num = 0, i;
	char* ptr = buff;
	int pipefd[32][2] = { {-1} };
	int pid = -1;
	pipe_command[pipe_num] = ptr;
	while (*ptr != '\0') 
	{
		if (*ptr == '|') 
		{
			pipe_num++;
			*ptr++ = '\0';
			pipe_command[pipe_num] = ptr;

			continue;
		}

		ptr++;
	}

	pipe_command[pipe_num + 1] = NULL;

	return pipe_num;
}

int do_pipe(int pipe_num)
{
	int pid = 0, i;
	int pipefd[10][2] = { {0} };
	char** argv = { NULL };
	for (i = 0; i <= pipe_num; i++) 
	{
		pipe(pipefd[i]);
	}

	for (i = 0; i <= pipe_num; i++) 
	{
		pid = fork();
		if (pid == 0) 
		{
			do_redirect(pipe_command[i]);
			argv = do_parse(pipe_command[i]);
			if (i != 0) 
			{
				close(pipefd[i][1]);
				dup2(pipefd[i][0], 0);
			}

			if (i != pipe_num) 
			{
				close(pipefd[i + 1][0]);
				dup2(pipefd[i + 1][1], 1);
			}

			execvp(argv[0], argv);
		}
		else 
		{
			close(pipefd[i][0]);
			close(pipefd[i][1]);
			waitpid(pid, NULL, 0);
		}
	}

	return 0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	int num = 0;
	while (1) 
	{
		if (do_face() < 0)
			continue;

		num = do_command(command);
		do_pipe(num);
	}

	return 0;
}

3 -> 管道读写规则

  • 当没有数据可读时：
    • O_NONBLOCK disable：read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止。
    • O_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。
  • 当管道满的时候：
    • O_NONBLOCK disable： write调用阻塞，直到有进程读走数据。
    • O_NONBLOCK enable：调用返回-1，errno值为EAGAIN。
  • 如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0。
  • 如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE,进而可能导致write进程退出。
  • 当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。
  • 当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。

4 -> 管道特点

  • 只能用于具有共同祖先的进程(具有亲缘关系的进程)之间进行通信；通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父、子进程之间就可应用该管道。
  • 管道提供流式服务。
  • 一般而言，进程退出，管道释放，所以管道的生命周期随进程。
  • 一般而言，内核会对管道操作进行同步与互斥。
  • 管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道。

感谢各位大佬支持！！！

互三啦！！！

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