进程间的通信方式——pipe(管道)

from:https://blog.csdn.net/skyroben/article/details/71513385

1.进程间通信

   每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到,所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。
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不同进程间的通信本质:进程之间可以看到一份公共资源

而提供这份资源的形式或者提供者不同,造成了通信方式不同,而 pipe就是提供这份公共资源的形式的一种。

2.匿名管道

2.1管道的创建

   管道是由调用pipe函数来创建
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#include <unistd.h>
int pipe (int fd[2]);//返回:成功返回0,出错返回-1     
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 fd参数返回两个文件描述符,fd[0]指向管道的读端,fd[1]指向管道的写端。fd[1]的输出是fd[0]的输入。
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2.2管道如何实现进程间的通信

(1)父进程创建管道,得到两个⽂件描述符指向管道的两端

(2)父进程fork出子进程,⼦进程也有两个⽂件描述符指向同⼀管道。

(3)父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1],即⽗进程关闭管道读端,⼦进程关闭管道写端(因为管道只支持单向通信)。⽗进程可以往管道⾥写,⼦进程可以从管道⾥读,管道是⽤环形队列实现的,数据从写端流⼊从读端流出,这样就实现了进程间通信。 
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2.3如和用代码实现管道通信

[cpp] view plain copy
  1. #include <stdio.h>  
  2. #include <unistd.h>  
  3. #include <string.h>  
  4. #include <errno.h>  
  5. int main()  
  6. {  
  7.     int fd[2];  
  8.     int ret = pipe(fd);  
  9.     if (ret == -1)  
  10.     {  
  11.         perror(”pipe error\n”);  
  12.         return 1;  
  13.     }  
  14.     pid_t id = fork();  
  15.     if (id == 0)  
  16.     {//child  
  17.         int i = 0;  
  18.         close(fd[0]);  
  19.         char *child = “I am  child!”;  
  20.         while (i<5)  
  21.         {  
  22.             write(fd[1], child, strlen(child) + 1);  
  23.             sleep(2);  
  24.             i++;  
  25.         }  
  26.     }  
  27.     else if (id>0)  
  28.     {//father  
  29.         close(fd[1]);  
  30.         char msg[100];  
  31.         int j = 0;  
  32.         while (j<5)  
  33.         {  
  34.             memset(msg,’\0’,sizeof(msg));  
  35.             ssize_t s = read(fd[0], msg, sizeof(msg));  
  36.             if (s>0)  
  37.             {  
  38.                 msg[s - 1] = ’\0’;  
  39.             }  
  40.             printf(”%s\n”, msg);  
  41.             j++;  
  42.         }  
  43.     }  
  44.     else  
  45.     {//error  
  46.         perror(”fork error\n”);  
  47.         return 2;  
  48.     }  
  49.     return  0;  
  50. }  

运行结果:

每隔2秒打印一次I am child!        并且打印了五次。
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2.4管道读取数据的四种的情况

(1)读端不读,写端一直写 
这里写图片描述
(2)写端不写,但是读端一直读 
这里写图片描述

(3)读端一直读,且fd[0]保持打开,而写端写了一部分数据不写了,并且关闭fd[1]。 
这里写图片描述

如果一个管道读端一直在读数据,而管道写端的引⽤计数⼤于0决定管道是否会堵塞,引用计数大于0,只读不写会导致管道堵塞。

(4)读端读了一部分数据,不读了且关闭fd[0],写端一直在写且f[1]还保持打开状态。

这里写图片描述

[cpp] view plain copy
  1. #include <stdio.h>  
  2. #include <unistd.h>  
  3. #include <string.h>  
  4. #include <errno.h>  
  5. int main()  
  6. {  
  7.     int fd[2];  
  8.     int ret = pipe(fd);  
  9.     if (ret == -1)  
  10.     {  
  11.         perror(”pipe error\n”);  
  12.         return 1;  
  13.     }  
  14.     pid_t id = fork();  
  15.     if (id == 0)  
  16.     {//child  
  17.         int i = 0;  
  18.         close(fd[0]);  
  19.         char *child = “I am  child!”;  
  20.         while (i<10)  
  21.         {  
  22.             write(fd[1], child, strlen(child) + 1);  
  23.             sleep(2);  
  24.             i++;  
  25.         }  
  26.     }  
  27.     else if (id>0)  
  28.     {//father  
  29.         close(fd[1]);  
  30.         char msg[100];  
  31.         int status = 0;  
  32.         int j = 0;  
  33.         while (j<5)  
  34.         {  
  35.             memset(msg, ’\0’sizeof(msg));  
  36.             ssize_t s = read(fd[0], msg, sizeof(msg));  
  37.             if (s>0)  
  38.             {  
  39.                 msg[s - 1] = ’\0’;  
  40.             }  
  41.             printf(”%s  %d\n”, msg, j);  
  42.             j++;  
  43.         }  
  44.         //写方还在继续,而读方已经关闭它的读端  
  45.         close(fd[0]);  
  46.         pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);  
  47.         printf(”exitsingle(%d),exit(%d)\n”, status & 0xff, (status >> 8) & 0xff);  
  48.         //低八位存放该子进程退出时是否收到信号  
  49.         //此低八位子进程正常退出时,退出码是多少  
  50.     }  
  51.     else  
  52.     {//error  
  53.         perror(”fork error\n”);  
  54.         return 2;  
  55.     }  
  56.     return  0;  
  57. }  

运行结果:

这里写图片描述

使用kill -l 查看13号信号,可以知道13号信号代表SIGPIPE。

总结: 
如果一个管道的写端一直在写,而读端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞,引用计数大于0,只写不读再次调用write会导致管道堵塞; 
如果一个管道的读端一直在读,而写端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞,引用计数大于0,只读不写再次调用read会导致管道堵塞; 
而当他们的引用计数等于0时,只写不读会导致写端的进程收到一个SIGPIPE信号,导致进程终止,只写不读会导致read返回0,就像读到⽂件末尾⼀样。

2.5管道特点

1.管道只允许具有血缘关系的进程间通信,如父子进程间的通信。2.管道只允许单向通信。3.管道内部保证同步机制,从而保证访问数据的一致性。4.面向字节流5.管道随进程,进程在管道在,进程消失管道对应的端口也关闭,两个进程都消失管道也消失。
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2.6管道容量大小

测试管道容量大小只需要将写端一直写,读端不读且不关闭fd[0],即可。 
测试代码:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{int fd[2];int ret = pipe(fd);if (ret == -1){perror("pipe error\n");return 1;}pid_t id = fork();if (id == 0){//childint i = 0;close(fd[0]);char *child = "I am  child!";while (i++){write(fd[1], child, strlen(child) + 1);printf("pipe capacity: %d\n", i*(strlen(child) + 1));}close(fd[1]);}else if (id>0){//fatherclose(fd[1]);waitpid(id, NULL, 0);}else{//errorperror("fork error\n");return 2;}return  0;
}
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可以看到写到65520之后管道堵塞了,而65520即为64K大小即为管道的容量。 
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进程间通信方式———信号量(Semaphore) 
http://blog.csdn.net/skyroben/article/details/72513985

进程间通信方式———消息队列 
http://blog.csdn.net/skyroben/article/details/72520501

进程间通信方式——共享内存 
http://blog.csdn.net/skyroben/article/details/72625028

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