6.11 有名管道和无名管道

news2025/2/12 4:29:50

进程间通讯介绍

System V IPC

无名管道

无名管道特点

无名管道创建-pipe

无名管道通信

无名管道-示例

有名管道特点

有名管道创建-mkfifo

有名管道读写-示例

进程间通讯介绍

无名管道（pipe）

有名管道（fifo）

信号（signal）

共享内存(mmap)

套接字（socket）

System V IPC

共享内存（share memory）
消息队列（message queue）
信号灯集（semaphore set）

无名管道

无名管道特点

无名管道具有如下特点：

只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信

单工的通信模式，具有固定的读端和写端

无名管道创建时会返回两个文件描述符，分别用于读写管道

无名管道创建-pipe

#include <unistd.h>
int pipe(int pfd[2]);

成功时返回0，失败时返回EOF
pfd 包含两个元素的整形数组，用来保存文件描述符
pfd[0]用于读管道；pfd[1]用于写管道

无名管道通信

无名管道-示例

子进程1和子进程2分别往管道中写入字符串；父进程读管道内容并打印；

  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <unistd.h>
  #include <sys/types.h>

  int main(void) {
     pid_t pid1, pid2;
     char buf[32];
     int pfd[2];
     if (pipe(pfd) < 0) {
        perror(“pipe”); exit(-1);
     }     
    if ((pid1 = fork()) < 0) {
        perror(“fork”);  exit(-1);
     }
     else if (pid1 == 0) {          //  子进程1
        strcpy(buf, “I’m process1”);
        write(pfd[1], buf, 32);
        exit(0);   
     }
     else {             //  父进程
        if ((pid2 = fork()) < 0) {
           perror(“fork”); exit(-1);
        }
        else if (pid2 == 0) {        //  子进程2
           sleep(1);
           strcpy(buf, “I’m process 2”);
           write(pfd[1], buf, 32);
        }  
        else {        //  父进程
           wait(NULL);
           read(pfd[0], buf, 32);
           printf(“%s\n”, buf);
           wait(NULL);
           read(pfd[0], buf, 32);
           printf(“%s\n”, buf);
        }
     }
     return  0;
  }

有名管道特点

有名管道可以使非亲缘的两个进程互相通信
通过路径名来操作，在文件系统中可见，但内容存放在内存中
文件IO来操作有名管道
遵循先进先出规则
不支持leek操作
单工读写

有名管道创建-mkfifo

 #include  <unistd.h>
 #include <fcntl.h>
 int  mkfifo(const char *path, mode_t mode);

成功时返回0，失败时返回EOF
path 创建的管道文件路径
mode 管道文件的权限，如0666

有名管道读写-示例

//进程A：循环从键盘输入并写入有名管道myfifo，输入quit时退出
//进程B：循环统计进程A每次写入myfifo的字符串的长度

/*  create_fifo.c  */
// 省略头文件
  int main(void) {
     if(mkfifo(“myfifo”, 0666) < 0) {
          perror(“mkfifo”);
          exit(-1);
     }
     return 0;
  }
     
/*  write_fifo.c  */
// 省略头文件
  #define   N　32
  int main(void) {
     char buf[N];
     int pfd;

     if ((pfd = open(“myfifo”, O_WRONLY)) < 0) {
        perror(“open”);  exit(-1);
     }
     while ( 1 ) {
        fgets(buf, N, stdin);
        if (strcmp(buf, “quit\n”) == 0) break;  
        write(pfd, buf, N);
     }
     close(pfd);

     return 0;
  }

/*  read_fifo.c  */
// 省略头文件
  #define   N　32
  int main(void) {
     char buf[N];
     int pfd;

     if ((pfd = open(“myfifo”, O_RDONLY)) < 0) {
        perror(“open”); 
        exit(-1);
     }
  
     while (read(pfd, buf, N) > 0) {
        printf(“the length of string is %d\n”, strlen(buf));
     }
     close(pfd);
 
     return 0;
  }

笔记

进程间通信（IPC，InterProcess Communication）

概念：就是进程和进程之间交换信息。

常用通信方式

无名管道（pipe）

有名管道（fifo）

信号（signal）

共享内存(mmap)

套接字（socket）

过时的IPC通信方式

System V IPC

共享内存（share memory）

消息队列（message queue）

信号灯集（semaphore set）

无名管道

int pipe(int pfd[2]); 成功：0；失败：-1，设置errno

pfd[0] 为读描述符

pfd[1] 为写描述符

无名管道注意事项：

只能用于亲缘关系的进程间通信（父子进程，兄弟进程）

管道通信是单工的，一端读，一端写（程序实现设计好）。
数据自己读不能自己写
管道可以用于大于2个进程共享

无名管道的读写特性：

读管道：

1. 管道中有数据，read返回实际读到的字节数。

2. 管道中无数据：

(1) 管道写端被全部关闭，read返回0 (好像读到文件结尾)

(2) 写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)

写管道：

1. 管道读端全部被关闭，进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止)

2. 管道读端没有全部关闭：

(1) 管道已满，write阻塞。（管道大小64K）

管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。

有名管道（命名管道）

创建管道

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);

open(const char *path, O_RDONLY);//1

open(const char *path, O_RDONLY | O_NONBLOCK);//2

open(const char *path, O_WRONLY);//3

open(const char *path, O_WRONLY | O_NONBLOCK);//4

特点：

1有名管道可以使非亲缘的两个进程互相通信

2通过路径名来操作，在文件系统中可见，但内容存放在内存中

3 文件IO来操作有名管道

4 遵循先进先出规则

5 不支持leek操作

6 单工读写

注意事项：

1 就是程序不能以O_RDWR(读写)模式打开FIFO文件进行读写操作，而其行为也未明确定义，因为如一个管道以读/写方式打开，进程可以读回自己的输出，同时我们通常使用FIFO只是为了单向的数据传递

2 第二个参数中的选项O_NONBLOCK，选项O_NONBLOCK表示非阻塞，加上这个选项后，表示open调用是非阻塞的，如果没有这个选项，则表示open调用是阻塞的

3 对于以只读方式（O_RDONLY）打开的FIFO文件，如果open调用是阻塞的（即第二个参数为O_RDONLY），除非有一个进程以写方式打开同一个FIFO，否则它不会返回；如果open调用是非阻塞的的（即第二个参数为O_RDONLY | O_NONBLOCK），则即使没有其他进程以写方式打开同一个FIFO文件，open调用将成功并立即返回。

对于以只写方式（O_WRONLY）打开的FIFO文件，如果open调用是阻塞的（即第二个参数为O_WRONLY），open调用将被阻塞，直到有一个进程以只读方式打开同一个FIFO文件为止；如果open调用是非阻塞的（即第二个参数为O_WRONLY | O_NONBLOCK），open总会立即返回，但如果没有其他进程以只读方式打开同一个FIFO文件，open调用将返回-1，并且FIFO也不会被打开。

4.数据完整性,如果有多个进程写同一个管道，使用O_WRONLY方式打开管道，如果写入的数据长度小于等于PIPE_BUF（4K），那么或者写入全部字节，或者一个字节都不写入，系统就可以确保数据决不会交错在一起。

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