操作系统：进程间通信 | 管道

目录

1.进程间通信介绍

1.1.简要介绍

1.2.进程间通信的目的

1.3.进程间通信的本质

2.管道

2.1.管道的通信原理

2.2.匿名管道 

2.3.命名管道 

2.4.基于匿名管道的进程池demo

2.4.1.进程池的相关引入

 2.4.2.整体框架的分析

2.4.3.代码的实现 

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1.进程间通信介绍

1.1.简要介绍

进程间通信（Inter-Process Communication，简称IPC）是指在不同进程之间传播或交换信息

我们知道：进程之间是独立的，所以进程之间的进程间通信一定不是两个进程直接通信的，为了保证进程间的独立性和实现进程间通信，操作系统就设计了若干种进程间通信方式，来实现多进程之间的协同工作。 

1.2.进程间通信的目的

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。

1.3.进程间通信的本质

进程间通信就是不同的进程通过 操作系统 这一个中间媒介，结合设计好的通信方式来进行通信的，本质上就是实现不同的进程能够访问到同一份资源，并从资源上获取信息。

1. 比如存在进程A、B，其中A进程写入数据进入缓冲区，而B进程从这一块缓冲区中读取内容，这时A、B并没有之间接触，而是从中间商“缓冲区”处使得B进程获取信息。
2. 同理，A、B进程可以从某一块缓冲区中读取数据。

2.管道

管道是一种基于文件系统的进程间通信方式，管道文件允许访问它的进程，通过它来对一块缓冲区的数据进行访问，通过进程对这一块缓冲区进行读写，来实现进程间数据的交换。  

2.1.管道的通信原理

生活中，我们见到的管道，当有流形成时，这个管道在某一个时刻或者时间段都是只允许单向流通的，比如水管中水的流动一般都是单向的，我们也没有见过管道发挥功能时，先向左流再从右往左流吧……

进程间的管道通信也是如此，一般来说：管道这种通信方式是单向流动的

因为进程具有独立性，所以进程是不能够直接进行通信的，比如A，B进行通信，只允许进行A--中间渠道--B或者B--中间渠道--A ，所以管道的通信原理就是作为中间渠道，在操作系统中，系统实现管道的功能是通过加载进内存的文件缓冲区实现的，并没有实际对管道文件进行操作，而是通过A/B往缓冲区读/写内容，然后B/A进行读/写……

另外管道的通信具有以下4种情形（规定）和三种特性：

四种情形：

1. 正常情况下，如果管道中没有数据，也就是写端当前没有写入时，读端必须等待，直到写端提供数据。（这里体现了管道通信具有同步性，稍微埋个伏笔）
2. 如果管道中的数据写满时，如果需要继续写入，写端必须等待，直到读端读取完数据，写端才可以继续写入。
3. 写端关闭时，读端直接接收到read()函数的返回值为0，表示读取结束，读到文件结尾。
4. 读端关闭时，写端不会直接关闭，如果写端仍不断写入，操作系统会介入杀掉写端进程。

三种特性：

1. 管道是单向通信的，是一种半双工通信
2. 管道是面向字节流的，也就是对应C++IO流中的字符流，管道可以是整型流、字符流
3. 管道的生命周期是伴随进程的，因为管道通信的本质就是通过文件系统在内存中开辟一块缓冲区，来间接实现进程间通信的

基于4种情形和三种特性，操作系统实现了两种管道通信方式：匿名管道和命名管道，前者只能用于具有血缘关系的进程，后者能用于所有进程……

2.2.匿名管道 

 C语言提供创建匿名管道的函数方法：

接下来我们通过匿名管道的测试来探究一下其原理： 

// 匿名管道的测试
void test1()
{
    // 设置管道的文件描述符数组
    int pipefd[2] = {0};
    // 将fd传入pipe接收返回值
    int n = pipe(pipefd);

    // 返回值为3，4表示占用了文件指针数组第3个、第4个文件
    cout << pipefd[0] <<" "<< pipefd[1] << endl;

    int pipefd1[2] = {0};
    int m = pipe(pipefd1);
    cout << pipefd1[0] << " " << pipefd1[1] << endl;
}

 通过这段代码的测试，我们发现除了0（stdin），1（stdout），2（stderr），我们在创造一个匿名管道时，会占用两个文件fdÿ