linux---进程间通信(IPC)

经典的IPC（InterProcess Communication)：管道 FIFO 消息队列 信号量 以及共享存储

管道

管道是UNIX系统IPC的最古老形式，所有UNIX系统都提供此种通信机制。管道有以下两种局限性：

• 历史上，它们是半双工的 (即数据只能在一个方向上流动)。
• 管道只能在具有公共祖先的两个进程之间使用。通常，一个管道由一个进程创建，在进程调用fork之后，这个管道就能在父进程和子进程之间使用了。

管道是通过调用pipe函数创建的。

pipe

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2]);

返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1

经由参数fd返回两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。fd[1]的输出是fd[0]的输入。

fork之后做什么取决于我们想要的数据流的方向。对于从父进程到子进程的管道，父进程关闭管道的读端fd[0],子进程关闭写端fd[1]. 

对于一个从子进程到父进程的管道，父进程关闭fd[1],子进程关闭fd[0].

当管道的一端被关闭后，下列两条规则起作用：

• 当读一个写端已被关闭的管道时，在所有数据都被读取后，read返回0，表示文件结束。
• 如果写一个读端已被关闭的管道，则产生信号SIGPIPE。如果忽略该信号或者捕捉该信号并从其处理程序返回，则write返回-1，errno设置为EPIPE。

 

函数popen和pclose

常见的操作是创建一个连接到另一个进程的管道，然后读其输出或者向其输入端发送数据，为此，标注I/O库提供了两个函数popen和pclose。这两个函数实现的操作是：创建一个管道，fork一个子进程，关闭未使用的管道端，执行一个shell运行命令，然后等待命令终止。

#include <stdio.h>

FILE* popen(const char *cmdstring, const char *type);

返回值：若成功，返回文件指针；若出错，返回NULL

int pclose(FILE *fp）；

返回值：若成功，返回cmdstring的终止状态；若出错，返回-1

FIFO

FIFO有时被称为命名管道。未命名的管道只能在两个相关的进程之间使用，而且这两个相关的进程还要有一个共同的创建了它们的祖先进程。但是，通过FIFO，不相关的进程也能交换数据。

创建FIFO类似于创建文件。确实，FIFO的路径名存在于文件系统中。

#include <sys/stat.h>

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

int mkfifoat(int fd, const char *path, mode_t mode);

两个函数的返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1

当我们用mkfifo或者mkfifoat创建FIFO时，要用open来打开它。

当open一个FIFO时，非阻塞标志(O_NONBLOCK)会产生下列影响：

• 在一般情况下(没有指定O_NONBLOCK)，只读open要阻塞到某个其他进程为写而打开这个FIFO为止。只写open要阻塞到某个其他进程为读而打开它为止。
• 如果指定了O_NONBLOCK,则只读open立即返回。但是，对只写open而言，如果没有进程为读而打开一个FIFO，那么只写open将返回-1，并将errno设置为ENXIO。

类似于管道，如果write一个尚无进程为读而打开的FIFO，则产生信号SIGPIPE。若某个FIFO的最后一个写进程关闭了该FIFO，则将为该FIFO的读进程产生一个文件结束标志。

FIFO有以下两种用途：

• shell命令使用FIFO将数据从一条管道传送到另一条时，无需创建中间临时文件。
• 客户进程-服务器进程应用程序中，FIFO用作汇聚点，在客户进程和服务器进程二者之间传递数据。

/* init.c */

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
 
void main()
{
    if (access("server_write", F_OK) != 0)
    {
        if (mkfifo("server_write", 0777) < 0)
        {
            printf("create server_write failed\n");
            return;                
        }
    }
 
    if (access("server_read", F_OK) != 0)
    {
        if (mkfifo("server_read", 0777) < 0)
        {
            printf("create server_read failed\n");
            return;
        }
    }
 
    printf("create all FIFO success\n");
}

/* server.c */
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
void main()
{
    int fd[2];
    char buf[100] = {0};
    int n;
 
    printf("before open\n");
 
    /* 打开读管道 */
    fd[0] = open("server_read", O_NONBLOCK | O_RDONLY);
    if (fd[0] < 0)
    {
        printf("server open fd[0] failed\n");
        return;
    }
 
    printf("after open\n");
 
    /* 循环从读管道中读取数据 */
    while (1)
    {
        n = read(fd[0], buf, 100);
        if (n == 0)
        {
            printf("no data, sleep 1s\n");
            sleep(1);
        }
        else if (n == -1)
        {
            printf("n is -1, sleep(1)\n");
            sleep(1);
        }
        /* 若读取到了数据，打开写管道，回复客户端 */
        else
        {
            printf("data from client, %s\n", buf);
 
            /* 写通道需要阻塞获取，因为可能没有读端在监听 */
            fd[1] = open("server_write", O_WRONLY);
            if (fd[1] < 0)
            {
                printf("server open fd[1] failed\n");
                close(fd[0]);
                return;
            }
 
            /* 打开后说明有人读了，写入数据 */
            n = write(fd[1], "llllll", 6);
            if (n < 0)
            {
                printf("server write failed\n");
            }
            sleep(1);
        }
    }
    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
}

/* client.c */
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
void main()
{
    int fd[2];
    char buf[100] = {0};
    int n;
    
    /* 打开写管道，这里阻塞，否则若没有读端打开，open会返回失败 */
    fd[1] = open("server_read", O_WRONLY);
    if (fd[1] < 0)
    {
        printf("client open fd[1] failed\n");
        return;
    }
 
    /* 写入数据 */
    n = write(fd[1], "abc123", 6);
    if (n < 0)
    {
        printf("client write failed\n");
        return;
    }
 
    /* 打开读通道 */
    fd[0] = open("server_write", O_RDONLY);
    if (fd[0] < 0)
    {
        printf("client open fd[0] failed\n");
        close(fd[1]);
        return;
    }
 
    /* 从读通道读取数据 */
    while (1)
    {
        if (read(fd[0], buf, 100))
        {
            printf("data from server is %s\n", buf);
            break;
        }
        sleep(1);
    }
    memset(buf, 0, 100);
    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
}

mali@mali:~/code/fifo$ umask
0002
mali@mali:~/code/fifo$ rm init
mali@mali:~/code/fifo$ umask 
0002
mali@mali:~/code/fifo$ gcc init.c -o init
mali@mali:~/code/fifo$ ls -l
total 24
-rw-rw-r-- 1 mali mali 1039 8月  15 23:47 client.c
-rwxrwxr-x 1 mali mali 8704 8月  15 23:52 init
-rw-rw-r-- 1 mali mali  619 8月  15 23:42 init.c
-rw-rw-r-- 1 mali mali 1488 8月  15 23:43 server.c
mali@mali:~/code/fifo$ ./init
create all FIFO success
mali@mali:~/code/fifo$ ls -l
total 24
-rw-rw-r-- 1 mali mali 1039 8月  15 23:47 client.c
-rwxrwxr-x 1 mali mali 8704 8月  15 23:52 init
-rw-rw-r-- 1 mali mali  619 8月  15 23:42 init.c
-rw-rw-r-- 1 mali mali 1488 8月  15 23:43 server.c
prwxrwxr-x 1 mali mali    0 8月  15 23:52 server_read
prwxrwxr-x 1 mali mali    0 8月  15 23:52 server_write
mali@mali:~/code/fifo$ gcc server.c -o server
mali@mali:~/code/fifo$ gcc client.c -o client
mali@mali:~/code/fifo$ ls -l
total 48
-rwxrwxr-x 1 mali mali 9024 8月  15 23:53 client
-rw-rw-r-- 1 mali mali 1039 8月  15 23:47 client.c
-rwxrwxr-x 1 mali mali 8704 8月  15 23:52 init
-rw-rw-r-- 1 mali mali  619 8月  15 23:42 init.c
-rwxrwxr-x 1 mali mali 8968 8月  15 23:53 server
-rw-rw-r-- 1 mali mali 1488 8月  15 23:43 server.c
prwxrwxr-x 1 mali mali    0 8月  15 23:52 server_read
prwxrwxr-x 1 mali mali    0 8月  15 23:52 server_write
mali@mali:~/code/fifo$ ./server
before open
after open
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
data from client, abc123
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
data from client, abc123
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
no data, sleep 1s
^C
mali@mali:~/code/fifo$ 

mali@mali:~/code/fifo$ ./client
data from server is llllll
mali@mali:~/code/fifo$ ./client
data from server is llllll
mali@mali:~/code/fifo$