【Linux】进程间通信的方式-管道

进程之间的通信方式主要有六种，包括管道，信号量，消息队列，信号，共享内存，套接字

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数据流称为一个“管道”

例如，我们统计登录用户个数

       其中 who 命令和 wc 命令都是两个程序，当它们运行起来后就变成了两个进程，who 进程通过标准输出将数据打到“管道”当中，wc 进程再通过标准输入从“管道”当中读取数据，至此便完成了数据的传输，进而完成数据的进一步加工处理

        管道：管道是半双工的，双方需要通信的时候，需要建立两个管道。管道的是指是一个内核缓冲区，进程以先进先出的方式从缓冲区存储数据：管道一端的进程顺序地将进程数据写入缓冲区，另一端的进程则顺序地读取数据，该缓冲区可以看做一个循环队列，读和写的位置都是自动增加的，一个数据只能被读一次，读出以后再缓冲区都不复存在了。当缓冲区读空或写满时，有一定的规则控制相应的读进程或写进程是否进入等待队列，当空的缓冲区有新数据写入或满的缓冲区有数据读出时，就唤醒等待队列中的进程继续读写。管道是最容易实现的。

匿名管道

        匿名管道仅限于本地关联进程之间的通信

 注意：

        这里父子进程看到的同一份文件资源是由操作系统来维护的，所以当父子进程对该文件进行写入操作时，该文件缓冲区当中的数据并不会进行写时拷贝

        管道虽然用的是文件的方案，但操作系统一定不会把进程进行通信的数据刷新到磁盘当中，因为这样做有 IO 参与会降低效率，而且也没有必要。也就是说，这种文件是一批不会把数据写到磁盘当中的文件，换句话说，磁盘文件和内存文件不一定是一一对应的，有些文件只会在内存当中存在，而不会在磁盘当中存在

pipe函数

        函数描述

                创建匿名管道

        函数原型

                int pipe(int pipefd[2]) 

        函数参数

                pipefd 是一个传出参数，用于返回两个指向管道读端和写端的文件描述符

                        pipefd[0]：管道读端的文件描述符

                        pipefd[1]：管道写端的文件描述符

        函数返回值

                成功返回0

                失败返回-1，设置error

        在创建匿名管道实现父子进程间通信的过程中，组要pipe函数和fork函数搭配使用，具体步骤如下：

1、父进程调用 pipe 函数创建管道

 

2、父进程创建子进程

3、父进程关闭写端，子进程关闭读端

注意：

        管道只能够进行单向通信，因此当父进程创建完子进程后，需要确认父子进程谁读谁写，然后关闭相应的读写端

        从管道写端写入的数据会被存到内核缓冲，直到从管道的读端被读取

/创建管道
int pipefd[2];
pipe(pipefd);
//创建子进程
int pid = fork();
if (pid == 0) {//子进程写数据，关闭读端
	close(pipefd[0]);
	slepp(3);
	int write_count = write(pipefd[1], "hello", 5);
	printf("write_count = %d\n", write_count);
}
else {//父进程读数据，关闭写端
	close(pipefd[1]);
	char buff[64];
	int read_count = read(pipefd[0], buff, sizeof(buff));
	printf("read count = %d\n", read_count);
	if (read_count > 0) {
		buff[read_count] = '\0';
		printf("buff:%s\n", buff);
	}
}
while (1);

• 管道中没有数据：write 返回成功写入的字节数，读端进程阻塞在 read 上
• 管道中有数据没满：write 返回成功写入的字节数，read 返回成功读到的字节数
• 管道写满：写端进程阻塞在 write 上，read 返回成功读到的字节数
• 写端全部关闭： read 正常读，返回成功读到的字节数（没有数据返回0，不阻塞）
• 读端全部关闭：写端进程 write 会异常终止进程（被 SIGPIPE 信号杀死）

#include<iostream>
using namespace std;

int pipefd[2];
pipe(pipefd);
int pid = fork();
if (pid == 0) {
	close(pipefd[0]);
	int write_count;
	while (1) {//模拟管道写满
		write_count = write(pipefd[1], "hello", 5);
		printf("write_count = %d\n", write_count);
	}
}
else {
	close(pipefd[1]);
	char buff[10];
	int read_count = read(pipefd[0], buff, sizeof(buff));
	printf("parent read count = %d\n", read_count);
	while (1);
}

read：

管道中没有数据且写端没有关闭：read阻塞

管道中有数据：read 返回成功读到的字节数

write：

管道没满并且读端没有关闭：write 返回成功写入的字节数

管道已满并且读端没有关闭：write 阻塞

读端全部关闭：写端进程 write 会异常终止进程

命名管道 

        命名管道和匿名管道一样，都是内存文件，只不过命名管道在磁盘有一个简单的映像，但这个映像的大小永远为0，因为命名管道和匿名管道都不将通信数据刷新到磁盘当中

创建命名管道使用 mkfifo 命令

mkfifo fifo

mkfifo函数

         函数描述

                程序中创建命名管道

        头文件

                #include<sys/types.h>

                #include<sys/stat.h.

        函数原型

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

        函数参数

                pathname：表示要创建的命名管道文件

                mode：表示创建命名管道文件的默认权限

        函数返回值：

                成功，返回0

                失败，返回-1

命名管道在父子进程间通信

#include<iostream>
using namespace std;

#include<sys/stat.h>

mkfifo("./fifo", 0644);
int fd = open("./fifo", O_RDWR);
int pid = fork();
if (pid == 0) {
	write(fd, "hello fifo", 10);
}
else if (pid > 0) {
	char buf[1024];
	int ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
	printf("read count = %d,buf= %s\n", ret buf);
}

命名管道在没有血缘关系的进程间通信：
wfifo.c

int fd = open("./fifo",O_WRONLY);
printf("fd = %d\n",fd);
write(fd,"hello fifo",10);

rfifo.c

int fd = open("./fifo",O_RDONLY);
char buf[1024];
int ret = read(fd,buf,sizeof(buf));
printf("read ccount = %d,buf = %s\n",ret,buf);

命名管道的打开规则：

• 读进程打开 FIFO，没有写进程打开
  • 没有 O_NONBLOCK，阻塞直到有写进程打开该 FIFO
  • 有 O_NONBLOCK，立刻返回成功 
• 写进程打开 FIFO，没有读进程打开
  • 没有 O_NONBLOCK，阻塞直到有读进程打开该 FIFO
  • 有 O_NONBLOCK，立刻返回失败