【linux系统】进程间通信1--管道

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进程间通信

是什么？

进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）是指在操作系统中，不同的进程之间进行数据交换、信息传递和同步操作的机制。在多任务操作系统中，不同的进程可能同时运行，它们之间可能需要进行数据共享、协作完成某项任务等操作，这就需要进程间通信。
进程间通信目的：

1. 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程
2. 资源共享：多个进程之间共享同样的资源。
3. 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）。
4. 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

如何理解进程间通信：本质是让不同的进程看到同一份资源。

1. 那如何让不同进程看到同一份资源呢？
2. 资源又是什么呢？

如何做？

进程间通信的分类：
管道

1. 匿名管道pipe
2. 命名管道

System V IPC

1. System V 消息队列
2. System V 共享内存
   3 .System V 信号量

POSIX IPC

1. 消息队列
2. 共享内存
3. 信号量
4. 互斥量
5. 条件变量
6. 读写锁

本篇重点介绍管道

管道

管道是Unix中最古老的进程间通信的形式，所谓的“管道”，指的是从一个进程连接到另一个进程的一个数据流。

如何理解？
对于一个文件，我们普遍印象如下图，进程打开文件，通过写(读)操作，写入(读取）文件缓冲区，再由文件缓冲区刷新到磁盘里。

现在有一类文件，它抛弃了最后一步，即将缓冲区的内容刷新到磁盘上，所有操作仅在内存上完成。这一类文件即是内存级文件。
假如现在该进程创建了一个子进程，子进程会继承父进程的file_struct，故都指向了一个内存级文件，现在我们便实现了让不同的进程看到同一份资源。然后我们让父进程和子进程一个只读，一个只写，不就可以实现两者进行单向通信了吗？而这种特殊的文件就是管道。这也符合linux下一切皆文件的观点。

管道有两种，匿名管道和命名管道。
匿名管道应用于具有血缘关系的进程
命名管道应用于无血缘关系的进程

匿名管道

#include <unistd.h>
功能:创建匿名管道
原型
int pipe(int pipefd[2]);
参数
pipefd：文件描述符数组,输出型参数，其中pipefd[0]存放读端的文件描述符, pipefd[1]存放读端的文件描述符
返回值:成功返回0，失败返回错误代码

管道通常是单向通信，主要是为了简化设计。如果要进行双向通信，那就创造两个管道。

#include <unistd.h>
#include <cassert>

int main()
{
    //创建管道，让父进程写，子进程读
    int pipefd[2];
    int n = pipe(pipefd);
    assert(n != -1);
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //子进程 -- 读取管道
        close(pipefd[1]);//关闭写端,留下读端
        
        //……子进程接受数据
 
        close(pipefd[0]);
        exit(0);
    }
    else if(id > 0)
    {
        //父进程 -- 写入管道
        close(pipefd[0]);//关闭读端，留下写端

        //……父进程写入数据 
        
        close(pipefd[1]);
    }
    return 0;
}

命名管道

上面讲到的匿名管道应用于具有血缘关系的管道，如果我们要让俩个不相干的进程进行通信，就要使用命名管道。

linux下有个命令mkfifo，它的作用是创造一个文件类型为p的文件。使用时：mkfifo filename 如下图：

命名管道和匿名管道的性质一样，是一种特殊的文件形式，不存储数据，只传递数据。
因此它的文件大小一直显示为0。
使用如下：

linux也提供了mkfifo的函数接口，如下

参数：mode即文件权限
下面是一个简单演示：

common.hpp

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <cerrno>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#define FIFO_PATH "./myfifo"
#define MODE 0664

enum sfw
{
    FIFO_MKFIFO = 1,
    FIFO_OPEN,
    FIFO_READ,
    FIFO_UNLINK
};

client.cc

#include "common.hpp"

using namespace std;

int main()
{
    int fd = open(FIFO_PATH, O_WRONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(FIFO_OPEN);
    }
    string line;
    while(1)
    {
        cout << "clien sent# ";
        getline(cin, line);
        write(fd, line.c_str(), line.size());

    }
    close(fd);
    return 0;
}

server.cc

#include "common.hpp"

using namespace std;

int main()
{
//创建管道
    int n = mkfifo(FIFO_PATH, MODE);
    if(n == -1)
    {
        perror("mkfifo");
        exit(FIFO_MKFIFO);
    }
//打开管道
    int fd = open(FIFO_PATH, O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(FIFO_OPEN);
    }
    //
    while(1)
    {
        char buffer[1024] = {0};
        int x = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
        if(x > 0)
        {
            buffer[x] = 0;
            cout << "clien say@ " << buffer << endl;
        }
        else if(x == 0)
        {
            cout << "client quit" << endl;
            break;
        }
        else 
        {
            perror("read");
            exit(FIFO_READ);
        }
    }
    close(fd);

    int x = unlink(FIFO_PATH);//删除管道
    if(x == -1)
    {
        perror("unlink");
        exit(FIFO_UNLINK);
    }
    cout << "server quit" << endl;
    return 0;
}