进程间通信IPC——管道(1) 两个进程间通信

原创已于 2024-08-15 21:23:45 修改 · 466 阅读

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于 2024-08-15 21:20:40 首次发布

IPC: InterProcess Communication

IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

不同进程在物理内存上是相互独立的。

想要实现进程间通信，就要找到公共的资源，主要有三种方式：

一个管道有且只有2个端口，最多支持两个进程通信。
当缓冲区满时阻塞。
像管道一样连接两个进程，一个进程的输入作为另一个进程的输出。
本质是字节流，一个端口负责输入字节，一个端口负责输出字节。
访问一个管道的两个进程：单工，固定的读端和写端。
访问两个管道的两个进程：半双工。
只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（父子进程或兄弟进程）。
可以看成是一种特殊的文件，但它不属于任何文件系统，存在于内核中。

一、管道

通常指无名管道。

管道是内核空间的一片缓冲区，被封装成文件的形式，因此用户可以使用文件IO接口读写。

1、特点

单向，具有固定的读端和写端。
像管道一样连接两个进程，一个进程的输入作为另一个进程的输出。
只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（父子进程或兄弟进程）。
可以看成是一种特殊的文件，但它不属于任何文件系统，只存在于内核中。

2、API

1 #include <unistd.h>  // 头文件
2 int pipe(int fd[2]); // 返回值：若成功返回0，失败返回-1

pipe是系统调用，参数int fd[2]，作为传出参数，用户可以得到两个描述符：fd[0]为读端，fd[1]为写端。

关闭管道只需将这两个文件描述符关闭。

3、例子

单向通信

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>

#define handle_error(msg) \
    { perror(msg); exit(-1); }

int main(void)
{
    int fd_pipe[2] = {0};
    int pid = -1;

    if(-1 == pipe(fd_pipe))
        handle_error("pipe");
    if(-1 == (pid = fork()))
        handle_error("fork");
    if(0 == pid)
    {
        char buf[20] = {0};
        int len;
        close(fd_pipe[0]);
        puts("child process start");
        len = read(1, buf, 20);
        write(fd_pipe[1], buf, len + 1);
        close(fd_pipe[1]);
        puts("child process end");
        exit(0);
    }
    else if(0 < pid)
    {
        char buf[20] = {0};
        int len;
        close(fd_pipe[1]);
        puts("parent process start");
        len = read(fd_pipe[0], buf, 20);
        write(2, buf, len);
        close(fd_pipe[0]);
        puts("parent process end");
        exit(0);
    }
    return 0;
}

运行结果：

book@100ask:~/Desktop/mycode/linux/IPC$ gcc main.c -o app
book@100ask:~/Desktop/mycode/linux/IPC$ ./app 
parent process start
child process start
Hello, world!
child process end
Hello, world!
parent process end

双向通信

示例：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define handle_error(msg) \
    { perror(msg); exit(-1); }

int main(void)
{
    int fd_pipe[2] = {0};
    int fd_pipe_2[2] = {0};
    int pid = -1;

    if(-1 == pipe(fd_pipe) || -1 == pipe(fd_pipe_2))
        handle_error("pipe");
    if(-1 == (pid = fork()))
        handle_error("fork");
    if(0 == pid)
    {
        char buf[20] = {"child process"};
        close(fd_pipe[0]);
        close(fd_pipe_2[1]);
        puts("child process start");
        printf("input string: ");
        scanf("%s", buf);
        write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf));
        buf[read(fd_pipe_2[0], buf, 20)] = '\0';
        printf("%s\n", buf);
        close(fd_pipe[1]);
        close(fd_pipe_2[0]);
        puts("child process end");
        exit(0);
    }
    else if(0 < pid)
    {
        char buf[20] = {0};
        int len;
        close(fd_pipe[1]);
        close(fd_pipe_2[0]);
        puts("parent process start");
        len = read(fd_pipe[0], buf, 20);
        printf("%s\n", buf);
        strcat(buf, "Okay");
        write(fd_pipe_2[1], buf, 20);
        close(fd_pipe[0]);
        close(fd_pipe_2[1]);
        puts("parent process end");
        exit(0);
    }

    return 0;
}

运行结果：

book@100ask:~/Desktop/mycode/linux/IPC/pipe$ ./app 
parent process start
child process start
input string: hello
hello
parent process end
helloOkay
child process end