进程间通信之管道

Flying clouds

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分类专栏： Linux 文章标签： 1024程序员节 linux c++

于 2022-10-20 17:47:12 首次发布

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10、为什么文件描述符的属性信息需要用按位或的方式进行设置？（*****）

一、为什么需要进行进程通信呢？

1.1进程具有独立性

每一个进程的数据都是存储在物理内存当中的，进程通过自己的虚拟地址空间去进行访问，访问的时候通过各自的页表的映射关系，访问到物理内存当中去

从进程的角度看，每个进程都认为首己拥有4G（32位下）的空间，至于物理内存当中属于如何存储，页表如何映射，进程是不清楚。这也造就了进程的独立行。

1.2进程独立性的优缺点:

优点：让每个进程运行的时候都是独立进行的，数据不会窜

缺点：如果两个进程想要进行数据交换时，由于进程的独立性，就不是那么的方便了

所以: 进程问通信本质上是进程和进程之间交换数据的手段。

1.3进程通信的手段：

管道，共享内存，消息队列，信号量，网络

其中网络是最大的进程间通信方式

二、匿名管道

1.1管道符号

ps aux | grep 文件名

1.2管道的本质

管道在内核里是一块缓冲区，供进程进行读写、数据交换

1.3管道的接口

1.3.1理解参数的含义 程序猿通过该函数创建一个匿名管道
int pipe ( int pipefd [2] );

参数:
- 参数为出参，也就是pipe fd【0】【1】的值是p ipe函数进行填充的，调用者进行使用
- pipefd是数组，有两个元素
- pipefd[0] :管道的读端
- pipefd[1] :管道的写端

为什么pipefd[0]和pipefd[1]能称为管道的读写两端？

因为这两个元素保存的内容是文件描述符

返回值:
- 0 : 创建成功
- -1 : 创建失败

1.4从PCB角度理解管道

1.5代码验证

1.5.1验证pipe函数

1、验证pipe函数是出参

可以发现，调用pipe函数之前，数组元素的值是随机的，调用之后，值就变位了3和4

2、验证fd[0],fd[1]保存的是文件描述符、

我们可以让程序一直不退出，在去查看/proc/【pid】/fd下面去查看是不算多了对应的文件描述符

可以发现，验证成功

3、利用write和read来进行验证读端和写端

可以发现，验证成功

4、父子进程进行通信

父子进程要通过匿名管道进行通信，核心点在于父子进程都要能够读写通道，即父子进程都要有管道读写两端的文件描述符

因为子进程是要拷贝父进程的PCB的，所以父子之间进行通信，一定是先创建管道再创建子进程的，否则子进程就没有管道的读写两端的文件描述符

代码实现：

目标：
   实现父子进程的通信
做法：
   1、父进程创建管道
2、父进程创建子进程

3、父进程在他的代码逻辑中写
4、子进程在他的代码逻辑中读

代码如下：

可以发现，每次运行，子进程都能读出来父进程写入的内容

那么就要疑问了：

原因：

当管道当中没有数据的时候，子进程调用的read函数去管道当中进行读的时候，会阻塞，直到管道当中有内容，read函数读回来之后，read才返回

怎么验证：

pstack 子进程进程号，查看子进程在干什么

我们让一进入父进程就sleep（1000），再去看看子进程调用read函数的状态是不是阻塞的

我们可以看到确实是阻塞的状态

三、匿名管道的特性

1.半双工

数据只能从写端流向读端，单向通信

2.只能支持有亲缘关系的进程通信

没有标识符，其他进程是没有办法通过标识符找到这个匿名管道对应的缓冲区，只能具有亲缘性关系的进程进行进程间通信：因为其他进程没有管道的读写两端的文件描述符，所以这就要求父进程先创建管道再创建子进程

3、管道的生命周期是跟随进程的

进程退出了，管道在内核当中就被销毁了

4、管道的大小是64K

怎么验证：

如果没有人读，疯狂往管道里面写，会发生什么呢？

运行一下：

1、我们可以看到最终写65536字节写满了也就是64kb

2、write往管道中写的时候阻塞掉了

这时候使用pastack去查看

结论：当管道写满之后，再调用write函数往管道去写的时候，write会阻塞

5、管道提供字节流服务

1、先后两次写入管道的数据之间没有间隔

2、数据是被读走的，而并非拷贝走的

6、pipe_size

pipe_size 的大小是4096，并非是管道的大小（pipe_buffer : 64k）

什么是原子性？

原子性这个词是诞生于1980年代，那个时候世界上最小的物质是原子，所以起名为原子性

原子性：意味着不可以分割，已经是最小的单位了

原子性：在计算机里面表示非黑即白，不存在中间状态，一个操作要么执行到底，要么就不执行

7、阻塞属性

读写两端的文件描述符初始的属性为阻塞属性

当write一直调用写，读端不去读，则写满之后write会阻寒

同理，当read一直进行读，当管道的内部被读完之后，则read会阻寨

8.、非阻塞属性

第一件事情：设置非阻塞属性

第二件事情：写代码验证非阻塞属性，给管道读写两端带来的特性

int fcntl(int fd,int cmd, ··· /*arg*/ );
参数：
fd:待要操作的文件描述符（fd[0] , fd[1]）
cmd：告知fcntl函数做什么操作
- F_GETFL:获取文件描述符的属性信息
- 通过返回值获取管道读端的属性信息：
  
  int flag =fcntl(fd[0],F_GETFL)
- F_SETFL:设置文件描述符的属性信息，设置新的属性放到可变参数列表当中