管道通信
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。
进程间通信分类
管道
匿名管道pipe
命名管道
System V IPC
System V 消息队列
System V 共享内存
System V 信号量
POSIX IPC
消息队列
共享内存
信号量
互斥量
条件变量
读写锁
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”
原理图如下：
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
原理图如下：
其实需要理解一个前提条件，两个进程要想通信：1.需要看到同一份“共享资源”；2.想办法实现一个只读，一个只写。就可以建立单向传输信息了，但是你要是想双向沟通怎么办呢？那就创建两条方向相反这样的通道。
原理图如下：
实现一个小实验
从键盘上读取数据，并写入到管道中，再读取管道，写到屏幕上。
这里给大家普及一个操作系统的命令 “pipe”，可以创建两个单位的数组"fds[2]"。
fds[0]：0像不像一个张开的嘴呢，他就代表了读的意思，也就是说这个其实也是文件描述符，代表读文件操作。
fds[1]：1像不像一个写字的笔呢，他就代表了写的意思，也就是说这个其实也是文件描述符，代表写文件操作。
#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<cstring>
#include<cstdlib>
// 先创建管道， 进而创建子进程， 父子进程使用管道进行通信
// 父进程向管道当中写“i am father”，
// 子进程从管道当中读出内容, 并且打印到标准输出
int main()
{
int fds[2];
char str[200]={0};//memset(str,0,sizeof(str));等价
if(pipe(fds)<0)
{
perror("pipe fault\n");
exit(1);
}
while(fgets(str,200,stdin))//fges 返回值是字符串指针，fgetc返回值是？
{
int len=strlen(str);
if(write(fds[1],str,len)!=len)//read 是读fd，write是写fd。如果没错写多长和返回值应该是相等的。
{
perror("write fault\n");
exit(2);
}
str[0]='\0';//也是清空
if(read(fds[0],str,200)==-1)//把fd的内容读到str里
{
perror("read fault\n");
exit(3);
}
if(write(1,str,strlen(str))!=strlen(str))
{
perror("write to stdout fault\n");
exit(4);
}
}
return 0;
}
实现管道通信
文件角度深度理解一下
其实需要理解一个前提条件，两个进程要想通信：1.需要看到同一份“共享资源”；2.想办法实现一个只读，一个只写。就可以建立单向传输信息了，但是你要是想双向沟通怎么办呢？那就创建两条方向相反这样的通道。
总之一句话：Linux一切皆文件思想。
#include<iostream>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<cstring>
#include<cstdlib>
#include<stdio.h>
#include<cerrno>
// 先创建管道， 进而创建子进程， 父子进程使用管道进行通信
// 父进程向管道当中写“i am father”，
// 子进程从管道当中读出内容, 并且打印到标准输出
int main(int argc,char *argv[])
{
int fds[2];
char str[200]={0};//memset(str,0,sizeof(str));等价
if(pipe(fds)<0)
{
perror("pipe fault");
exit(1);
}
pid_t pid=fork();
if(pid==-1)
{
perror("fork error");
return 1;
}
if(pid==0)//子进程进行读
{
close(fds[1]);
read(fds[0],str,sizeof(str));
printf("子进程读取：%s\n",str);
close(fds[0]);
return 0;
}
close(fds[0]);//父进程进行写
str[0]='\0';
fgets(str,200,stdin);
write(fds[1],str,strlen(str));
close(fds[1]);
return 0;
}
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read读取完了所有数据，对方不发信息是，就会一直等待。
如果我们write端写满了，就不能再写了，等读端读走之后才能继续写入。
关闭写端，读取完毕管道数据再读取read就会返回0，表明读端文件结尾。
写端一直写，读端关闭，那就没有意义了,OS就会直接杀死写进程。（SIGPIPE）
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。
原子性：要么做，要么不做，没有中间状态。
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
命名管道
管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先（具有亲缘关系）的进程间通信。
如果我们想在不相关的进程之间交换数据，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
命名管道可以从命令行上创建，命令行方法是使用下面这个命令：
$ mkfifo filename
命名管道也可以从程序里创建，相关函数有：
int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
匿名管道与命名管道的区别
匿名管道由pipe函数创建并打开。
命名管道由mkfifo函数创建，打开用open
FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在它们创建与打开的方式不同，一但这些工作完
成之后，它们具有相同的语义。
实现一个例子：
// 创建出来的命名管道可以供两个进程通信
// 进程A 向管道当中写 “i am process A”
// 进程B 从管道当中读 并且打印到标准输出
int main(int argc, char *argv[])
{
int outfd;
outfd = open("abc.bak", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
if (outfd == -1)
{
perror("outfd fault");
exit(1);
}
int infd;
infd = open("bite", O_RDONLY);
if (infd == -1)
{
perror("infd fault");
exit(1);
}
char buf[1024];
int n;
while ((n = read(infd, buf, 1024)) > 0)
{
write(outfd, buf, n);
write(stdout, buf, n);
}
close(infd);
close(outfd);
unlink("tp");
return 0;
}
用命名管道实现server&client通信
.PHONY:all
all:
server client
server:server.cc
g++ -o $@ $^ -std=c++11
client:client.cc
g++ -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
rm -f client server
同时可以make多个程序的makefile文件书写形式。
client.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
int wfd = open("myfifo", O_WRONLY);
if (wfd < 0)
{
perror("open error");
exit(4);
}
char buf[1024];
while (1)
{
buf[0] = 0;
printf("Please Enter# ");
fflush(stdout);
ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf) - 1);//stdin输入
if (s > 0)
{
buf[s] = 0;
write(wfd, buf, strlen(buf));
}
else if (s <= 0)
{
perror("read error");
exit(5);
}
}
close(wfd);
return 0;
}
server.cc
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
umask(0);
if (mkfifo("myfifo", 0644) < 0)
{
perror("mkfifo");
exit(1);
}
int rfd = open("myfifo", O_RDONLY);
if (rfd < 0)
{
perror("open");
exit(2);
}
char buf[1024];
while (1)
{
buf[0] = 0;//清空buffer
printf("Please wait...\n");
ssize_t s = read(rfd, buf, sizeof(buf) - 1);
if (s > 0)
{
buf[s - 1] = 0;
printf("client say# %s\n", buf);
}
else if (s == 0)
{
printf("client quit, exit now!\n");
exit(2);
}
else
{
perror("read error");
exit(3);
}
}
close(rfd);
return 0;
}
实现结果：
