【linux】匿名管道|进程池

1.进程为什么要通信？
进程也是需要某种协同的，所以如何协同的前提条件(通信)
通信数据的类别：
1.通知就绪的
2.单纯的数据
3.控制相关的信息

2.进程如何通信？
进程间通信，成本会高一点
进程间通信的前提，先让不同的进程，看到同一份（资源，一段内存）
一定是某一个进程需要通信，让os创建一个共享资源
os必须提供很多的系统调用，os创建的共享资源不同，系统调用接口不同，进程间通信会用不同的种类

3.进程通信的常见方式是什么?
消息队列
共享内存
信号量
直接复用内核代码直接通信呢？
管道：
1.命名管道
2.匿名管道

1.管道（匿名管道）

我们之前在父子进程那里，我们说过父进程和子进程是相互独立的，但是子进程可以继承父进程的好多属性，把紫色的框的内容都拷贝一份给子进程，保证了struct_file_struct,中指针数组中存在的文件结构体地址是一样的
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
这样一来父进程和子进程就可以操控同一个内核级缓冲区了，如果子进程要发消息给父进程，因为只有一个内核级缓冲区提供使用，也是为了防止误写，我们把父进程的文件操作符下标为4的关闭，让父进程不能往内核级缓冲区内写入，（父进程的写入对应的文件操作符关闭，并不影响子进程的写入，存在内核级的引用计数，父进程关闭，引用计数-1），同时让子进程把文件操作符下标为3的关闭，子进程不能读内核缓冲区的数据。struct_file内存在系统调用函数的函数指针，方便操作底层，让子进程调用write(),写入对应的内核级缓冲区，父进程调用read(),读出子进程写入的数据，实现了父子进程间的通信。

1.为什么我们子进程主动close(0/1/2),不影响父进程继续使用显示器文件呢？
上面黄色的地方已解答
2.父子进程既然关闭不需要的fd(文件操作符)，为什么要曾经打开呢？可以不关闭吗？
为了让子进程继承读写方式的操作，因为不知道此时子进程要读还是写，可以不关闭，建议关了，会出现误写操作。

上面实现父子进程通信出现的问题就是，写入内核级缓冲区的内容，操作系统会把他们刷新到磁盘文件中去log.txt,为了解决这个问题，提出一个函数pipe()

2.pipe()函数

头文件：#include <unistd.h>
作用：相当提供一个匿名的文件，提供一个数组，数组大小为2，保存该进程的匿名文件的文件操作符，向匿名文件的内核级缓冲区写入的时候，不会刷新到磁盘中去。
返回值：返回0，成功，返回-1，失败
类似于open函数
在这里插入图片描述
pipefd[0]保存读匿名文件的文件结构体的文件操作符

pipefd[1]保存写匿名文件的文件结构体的文件操作符

站在文件描述符角度-深度理解管道
在这里插入图片描述

为什么让管道单向通信？
简单->不会出现误写，也不用考虑在内核级缓冲区中是父进程写入子进程读或者相反
如果要双向通信？
两个管道可以解决，一个管道父进程给子进程写，一个管道子进程给父进程写

3.代码实现匿名管道实现父子进程通信

makefile

pipe:pipe.ccg++ -o pipe pipe.cc -std=c++11
.PHONY:clean
clean:rm -rf pipe

pipe.cc

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
const int size=1024;
string getstring()
{
static int cnt=0;
string messageid=to_string(cnt);
cnt++;
pid_t id=getpid();
string stringpid=to_string(id);
string message="messageid: ";
message+=messageid;
message+="my pid is:";
message+=stringpid;
return  message;
}
void childwrite(int wfd)
{
string message="father ,i AM youchild";
while(true)
{
string info=message+getstring();
write(wfd,info.c_str(),info.size());
sleep(1);
}
}void fatherread(int rfd)
{
char inbuffer[size];
while(true){ssize_t n=read(rfd,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1);//没必要往文件中写入\0cout<<inbuffer<<endl;}sleep(1);
}int main()
{
int pipefd[2];
int n=pipe(pipefd);
if(n!=0)
{
perror("pipe fail");
}
cout<<"pipefd[0]:"<<pipefd[0]<<"pipefd[1]:"<<pipefd[1]<<endl;
pid_t id=fork();
if(id==0)
{
cout<<"子进程开始发消息了"<<endl;
close(pipefd[0]);
childwrite(pipefd[1]);
close(pipefd[1]);
exit(0);
}
sleep(1);
close(pipefd[1]);
cout<<"父进程开始接受消息了"<<endl;
fatherread(pipefd[0]);
sleep(5);
close(pipefd[0]);}

代码解释：pipe函数给该进程分配两个文件操作符，由于默认进程打开标准输入流，标准输出流，标准错误流，占了文件操作符0，1，2，所以从3开始分配，pipe返回值不等于0表示创建匿名文件失败，等于0，创建成功，pipefd[0]放的是读该文件的文件操作符，pipefd[1]放的是写该文件的文件操作符。
fork之后创建子进程，子进程关闭自己的读的文件操作符，通过childwrite()函数给该匿名文件的内核级缓冲区写入，父进程在fatherread中读取该文件内核级缓冲区的内容，实现了父子进程通信
在这里插入图片描述

管道的4种情况
1.如果管道内部是空的&&write fd没有关闭，读取条件不具备，读进程会被阻塞，等到读取条件具备，写入管道数据以满足读取条件（子进程写入缓冲区的时间变长，父进程读取阻塞）
2.管道被写满&&read fd不读且没有关闭，管道被写满，写进程会被阻塞（写条件不具备）->wait–写条件具备<-读取数据来满足写条件具备（父进程sleep时间变长，一直不读，管道被写满）
3.管道一直读&&写端关闭wfd,读端read返回值为0，表示读到了文件结尾（子进程写一个字符，直接break）
4.rwd直接关闭，写端wfd一直在进行写入？写端进程会被操作系统直接使用13号信号关闭，相当于进程出现了异常
管道的5种特征
1.匿名管道：只用来进行具有血缘关系的进程之间，进行通信。常用与父子进程之间通信
2.管道内部，自带进程之间的同步机制（多执行流执行代码的时候，具有明显的顺序性）
3.管道文件的生命周期是随着进程的
4.管道文件在通信的时候，是面向字节流的.（write的次数和读的次数不一样）
5.管道的通信方式，是一种特殊的半双工模式

4.进程池

创建子进程和管道

在这里插入图片描述

#include<iostream>
#include<string>
#include<vector>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
class channel
{public:channel(int wfd,pid_t id,const string&name):_wfd(wfd),_subprocessid(id),_name(name){}~channel(){}int getwfd(){return _wfd;}pid_t getprocessid(){return _subprocessid;}string getname(){return _name;}private:int _wfd;pid_t _subprocessid;string _name;
};
int main(int argc,char *argv[])
{
if(argc!=2){cout<<"usage:"<<argv[0]<<"processnum"<<endl;}
int num=stoi(argv[1]);
vector<channel>channels;
for(int i=0;i<num;i++){int pipefd[2]={0};int n=pipe(pipefd);if(n<0)exit(1);pid_t id=fork();if(id==0){close(pipefd[0]);//task();close(pipefd[1]);exit(0);}string channel_name="channel-"+to_string(i);close(pipefd[0]);channels.push_back(channel(pipefd[1],id,channel_name));}for(auto channel:channels)//测试{cout<<"----------------------"<<endl;cout<<"wfd:"<<channel.getwfd()<<endl;cout<<"subprocessid:"<<channel.getprocessid()<<endl;cout<<"name:"<<channel.getname()<<endl;}}

在这里插入图片描述

选择子进程要执行的功能，选择管道（对应哪个子进程）

在这里插入图片描述
whichone保证了父进程对后端任务划分负载均衡。
task.hpp

#pragma once
#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<ctime>
#define Tasknum 3
typedef void(*task_t());
void run()
{
cout<<"实现角色的跑"<<endl;
}
void jump()
{cout<<"实现角色的跳"<<endl;}
void climb()
{cout<<"实现角色的爬"<<endl;}task_t tasks[Tasknum];
void loadtask()
{
srand(time(nullptr));
tasks[0]=run;
tasks[1]=jump;
tasks[2]=climb;
}
void  runtask(int number)
{
if(number<0||number>2)return ;
tasks[number]();
}
int slecttask()
{
return rand()%Tasknum;
}

process.cc

#include<iostream>
#include<string>
#include<vector>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include"task.hpp"
using namespace std;
class channel
{public:channel(int wfd,pid_t id,const string&name):_wfd(wfd),_subprocessid(id),_name(name){}~channel(){}int getwfd(){return _wfd;}pid_t getprocessid(){return _subprocessid;}string getname(){return _name;}private:int _wfd;pid_t _subprocessid;string _name;
};
int whichchannel(int channelnum)
{
static int count=0;
int channel=count;
count++;
count%=channelnum;
return channel;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
//第一步:创建子进程和管道
if(argc!=2){cout<<"usage:"<<argv[0]<<"processnum"<<endl;}
int num=stoi(argv[1]);
vector<channel>channels;
for(int i=0;i<num;i++){int pipefd[2]={0};int n=pipe(pipefd);if(n<0)exit(1);pid_t id=fork();if(id==0){close(pipefd[0]);//task();close(pipefd[1]);exit(0);}string channel_name="channel-"+to_string(i);close(pipefd[0]);channels.push_back(channel(pipefd[1],id,channel_name));}//for(auto channel:channels)//{// cout<<"----------------------"<<endl;// cout<<"wfd:"<<channel.getwfd()<<endl;// cout<<"subprocessid:"<<channel.getprocessid()<<endl;// cout<<"name:"<<channel.getname()<<endl;//}loadtask();//第二步:选择任务int taskcommand=slecttask();
//第三步：选择哪一个子进程来执行对应任务int channel_id=whichchannel(num);}

发送函数指针数组下标

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/5803950461cc4ab695dc20d57680f1e8.png

task.hpp

#pragma once
#include<iostream>
#include<cstdlib>
#include<ctime>
using namespace std;
typedef void(*task_t)();
void run()
{
cout<<"实现角色的跑"<<endl;
}
void jump()
{cout<<"实现角色的跳"<<endl;}
void climb()
{cout<<"实现角色的爬"<<endl;}task_t tasks[3];
void loadtask()
{
srand(time(nullptr));
tasks[0]=run;
tasks[1]=jump;
tasks[2]=climb;
}
void  runtask(int number)
{
if(number<0||number>2)return ;
tasks[number]();
}
int slecttask()
{
return rand()%3;
}

process.cc

#include<iostream>
#include<string>
#include<vector>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include"task.hpp"
#include <sys/wait.h>
using namespace std;
class channel
{public:channel(int wfd,pid_t id,const string&name):_wfd(wfd),_subprocessid(id),_name(name){}void closechannel(){close(_wfd);}void wait(){pid_t rid=waitpid(_subprocessid,nullptr,0);if(rid>0){cout<<"wait"<<rid<<"sussess"<<endl;}}~channel(){}int getwfd(){return _wfd;}pid_t getprocessid(){return _subprocessid;}string getname(){return _name;}private:int _wfd;pid_t _subprocessid;string _name;
};
int whichone(int channelnum)
{
static int count=0;
int channel=count;
count++;
count%=channelnum;
return channel;
}
void sendtasknum(channel& chan,int taskcommand)
{write(chan.getwfd(),&taskcommand,sizeof(taskcommand));
}void task(int index)
{
while(true){int command=0;int n=read(index,&command,sizeof(command));if(n==sizeof(int)){cout<<"pid is:"<<getpid()<<"handle task"<<endl;runtask(command);}  else if(n==0){cout<<"sub process:"<<getpid()<<"quit!!"<<endl;break;}}
}
void cleanchannels(vector<channel>& channels)
{
for(auto &channel:channels)
{
channel.closechannel();
}
for(auto &channel:channels)
{
channel.wait();}}int main(int argc,char *argv[])
{
//第一步:创建子进程和管道
if(argc!=2){cout<<"usage:"<<argv[0]<<"processnum"<<endl;}
int num=stoi(argv[1]);loadtask();
vector<channel>channels;
for(int i=0;i<num;i++){int pipefd[2]={0};int n=pipe(pipefd);if(n<0)exit(1);pid_t id=fork();if(id==0){close(pipefd[1]);task(pipefd[0]);//第五步close(pipefd[0]);exit(0);}string  channel_name="channel-"+to_string(i);close(pipefd[0]);channels.push_back(channel(pipefd[1],id,channel_name));}
while(true)
{	
sleep(1);
//第二步:选择任务int taskcommand=slecttask();
//第三步：选择哪一个子进程来执行对应任务int channel_id=whichone(num);
//第四步：向第三步选择的管道发送第二步选择的函数指针数组下标sendtasknum(channels[channel_id],taskcommand);
//第六步回收
}cleanchannels(channels);}

管道回收，以及子进程释放

在上一步已经回收了管道，以及子进程释放，回收管道，直接关闭对应管道的写端即可，子进程释放，让父进程使用waitpid即可，
下面来处理一种误区
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

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