hello，大家好，本篇文章介绍Linux进程间的通信，包含内容有进程间通信的介绍、理解，管道的介绍使用：匿名管道，匿名管道的实现示例，匿名管道端口4种情况的探究。
目录
1️⃣进程间通信
🍙进程间通信目的
🍙进程间通信分类
🍙进程间通信的技术背景及必要性
🍙进程间通信的本质理解
2️⃣管道
🍙什么是管道
🍙匿名管道
🍥匿名管道原理
🍥匿名管道创建pipe
🍥匿名管道四种情况探究
🍥匿名管道读写规则
🍥匿名管道特定总结
1️⃣进程间通信
🍙进程间通信目的
🍙进程间通信分类
- 匿名管道pipe
- 命名管道
- System V 消息队列
- System V 共享内存
- System V 信号量
- 消息队列
- 共享内存
- 信号量
- 互斥量
- 条件变量
- 读写锁
本篇文章只介绍管道和部分System V IPC
🍙进程间通信的技术背景及必要性
✦进程具有独立性的。虚拟地址空间+页表 保证进程运行的独立性（进程内核数据结构+进程的代码和数据）
✦通信成本会比较高！（因为进程独立性很强！）
🍣必要性：
单进程无法使用进程间的并发能力！无法实现多进程之间的协同工作！所以需要进程间通信来使得多进程进行协同（进程间通信不是手段，是目的！）
🍙进程间通信的本质理解
进程间通信的本质：先让不同的进程看到同一份资源（内存空间）
★进程间通信的前提，首先需要让不同的进程看到同一块资源（特定的结构组织的)
★所以所谓的进程看到同一块资源，属于哪一个进程呢？不能隶属于任何一个进程，而应该更强调共享。
2️⃣管道
🍙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”
生活中我们见过的管道有：水管、石油管道、天然气管道等等。
在Linux中也有管道，我们把这种将资源从一端送到另一端的数据流称为管道！！
特点：只能单向通信（半双工），传输的都是资源 -->数据！
🍙匿名管道
如果你使用过Linux的命令，那么对于管道这个名词你一定不会感觉到陌生，因为我们通常通过符号“|"来使用管道，但是管理的真正定义是什么呢？管道是一个进程连接数据流到另一个进程的通道，它通常是用作把一个进程的输出通过管道连接到另一个进程的输入。
🌰在shell中输入命令：ls -l | grep my，我们知道ls命令（其实也是一个进程）会把当前目录中的文件都列出来，但是它不会直接输出，而是把本来要输出到屏幕上的数据通过管道输出到grep这个进程中，作为grep这个进程的输入，然后这个进程对输入的信息进行筛选，把存在my的信息的字符串（以行为单位）打印在屏幕上。
🍥匿名管道原理
通过父子进程继承关系，再将文件描述符关闭，实现一端写，一端读，就是匿名管道。
1.父进程以读写方式打开文件。父进程fork创建子进程，（进程具有独立性）子进程要拷贝一份PCB结构，PCB中包含了files_struct结构,files_struct中有一个指向struct file（文件）的指针数组，而文件描述符就是这个数组的下标。
2.在拷贝后，子进程也就有了指向struct file（文件）的对应数组元素下标（文件描述符）。
3.而struct file（文件）是独属于文件的，和进程没有关系，也就不用拷贝，也就是说此时父子进程公共区域就是 struct file。（实现不同进程看到同一份资源）
4.write是系统调用接口，会将数据放在内核缓冲区，底层定期刷新缓冲区将内容写到磁盘。
5.为了实现半双工的通信方式，一端读，一端写，关闭父子进程不需要的文件描述符。
🍥匿名管道创建pipe
int pipe(pipefd[2]);参数：(输出型参数，通过参数找到打开的2个fd)文件描述符数组，其中pipefd[0]表示读端，pipefd[1]表示写端
返回值：成功返回0，失败返回错误码。
🍥匿名管道四种情况探究
🌰匿名管道实例:（子进程读取，父进程写入）
#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<string>
#include<cstring>
#include<cstdio>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;
int main()
{
//1.创建管道
int pipefd[2]={0};//pipefd[0]:读端，pipefd[1]:写端
int n=pipe(pipefd);
assert(n!=-1);
(void)n;//debug下assert有效，release下assert无效。只定义不使用n容易报警告
#ifdef DEBUG
cout<<"pipefd[0]:"<<pipefd[0]<<endl;//3
cout<<"pipefd[1]:"<<pipefd[1]<<endl;//4
#endif
//2.创建子进程
pid_t id=fork();
assert(id!=-1);
if(id==0)
{
//子进程
//3.构建单向通信的信道,父进程写入,子进程读取
//3.1关闭子进程不需要的fd
close(pipefd[1]);
char buffer[1024];
while(true)
{
ssize_t s=read(pipefd[0],buffer,sizeof(buffer)-1);
if(s>0)
{
buffer[s]=0;//手动添加/0
cout<<"我是子进程["<<getpid()<<"]Father#"<<buffer<<endl;
}
}
exit(0);
}
//父进程
//3.构建单向通信的信道
//3.1关闭父进程不需要的fd
close(pipefd[0]);
string message="我是父进程，我正在给你发消息";
int count=0;
char send_buffer[1024];
while(true)
{
//3.2构建一个变化的字符串
snprintf(send_buffer,sizeof(send_buffer),"%s[%d]:%d",message.c_str(),getpid(),count++);
//3.3写入
write(pipefd[1],send_buffer,strlen(send_buffer));
//3.4故意sleep
sleep(1);
}
pid_t res=waitpid(id,nullptr,0);
assert(res>0);
(void)res;
close(pipefd[1]);
return 0;
}
A.写快，读慢，会发生什么?（我们修改代码，将子进程读端sleep(5)，父进程添加一行打印send_buffer信息）
//添加父进程打印代码
//3.2构建一个变化的字符串
snprintf(send_buffer,sizeof(send_buffer),"%s[%d]:%d",message.c_str(),getpid(),count++);
//3.3写入
write(pipefd[1],send_buffer,strlen(send_buffer));
printf("%s\n",send_buffer);
我们可以看到一瞬间父进程写满了，然后阻塞等待子进程读取。
B.写慢，读快，会发生什么？（父进程sleep(5)，子进程不休眠）
我们可以看到，父进程在写入第一条信息后被子进程立刻读取，然后父进程休眠5s，子进程在这期间阻塞等待父进程继续写入 。
C.写端关闭，读端继续，会发生什么？（父进程关闭pipefd[1]，即关闭写端，子进程修改代码显示read返回值不大于0的情况）
while(true)
{
ssize_t s=read(pipefd[0],buffer,sizeof(buffer)-1);
if(s>0)
{
buffer[s]=0;//手动添加/0
cout<<"我是子进程["<<getpid()<<"]Father#"<<buffer<<endl;
}
else
{
cout<<s<<endl;
}
sleep(1);
}
结果显示：read返回0，read系统调用接口返回0即表示读取到文件结尾。
D.读端关闭，写端继续，会发生什么？（我们让子进程写数据，父进程读数据，读3次后关闭读端，此时父子进程读端都关闭）
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cassert>
int main()
{
// 创建管道
int pipefd[2] = {0};
int n = pipe(pipefd);
// 子进程继承
pid_t id = fork();
if (id == 0)
{
// 子进程写端
close(pipefd[0]);
std::string message = "我是子进程，我正在给你发消息";
int count = 0;
char send_buffer[1024];
while (true)
{
if (count == 5)
break;
// 3.2构建一个变化的字符串
snprintf(send_buffer, sizeof(send_buffer), "%s[%d]:%d", message.c_str(), getpid(), count++);
// 3.3写入
write(pipefd[1], send_buffer, strlen(send_buffer));
sleep(1);
}
close(pipefd[1]);
exit(0);
}
// 父进程读端
close(pipefd[1]);
char buffer[1024];
for(int i=0;i<3;i++)
{
ssize_t s = read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
std::cout << "我是父进程:" << getpid() << "#" << buffer << std::endl;
}
}
close(pipefd[0]);
int status = 0;
pid_t res = waitpid(id, &status, 0);
assert(res > 0);
(void)res;
printf("接受到的信号为:%d\n", status & 0x7f);
return 0;
}
结果显示：父进程接受到子进程返回的13号信号（SIGPIPE，write进程发生中断）
🍥匿名管道读写规则
🍥匿名管道特定总结
★管道是用来进行具有血缘关系的进程进行进程间通信——常用于父子通信
★管道具有通过让进程间协同，提供了访问控制！
★管道提供面向流式的通信的服务——面向字节流——一般需要协议
★管道是基于文件的，文件的生命周期是随进程的，管道的生命周期是随进程的！
★管道是单向通信的，就是半双工通信的一种特殊情况
文末结语，本篇文章主要讲解进程间通信的目的、分类、技术背景必要性、以及对进程间通信的本质理解。并讲解管道之一的匿名管道，着重展现匿名管道的原理、创建，探究四种读写情况并最后进行总结。
小伙伴们看到最后肯定会发现，匿名管道有一个很大的缺陷，就是必须要有父子关系的进程间进行通信，这是大大的限制了进程间的通信，那没有父子关系的进程如何通信呢？我们下一篇命名管道再讲解！
