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什么是进程间通信

管道

匿名管道

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什么是进程间通信

进程间通信，顾名思义就是两个进程互相通信。

可是进程是独立的，该如何通信呢？

类比你和你的朋友在网上聊天，你们两个人也是独立的，是如何通信的呢？因为你能看到你朋友给你发的消息，你朋友也能看到这份消息。这个消息就是一个公共的资源。

所以进程间如果要进行通信，就需要两个进程看到同一份资源。

那么，通信的地点在哪里呢？

很明显，因为进程之间是独立的，所以通信的地点肯定不能在进程中，只能在操作系统中。

结论：进程间通信的地点是操作系统。

进程间通信的方式有很多，一般有三种：

1.管道：通过文件系统通信。

• 匿名管道
• 命名管道

2. system V：聚焦在本地通信

• 共享内存
• 消息队列
• 信号量

3. POSIX：让通信可以跨主机。

• 共享内存
• 消息队列
• 信号量
• 互斥量
• 条件变量
• 读写锁

本文主要讲管道的通信方式。

管道

回顾文件系统

当父进程打开一个文件时，创建了一个子进程。子进程会继承父进程，包括继承父进程的文件描述符。子进程和父进程相同的fd指向同一个文件。

到这里，通信的条件就具有了，因为父子进程看到了同一份文件。

说明:在冯诺依曼体系结构中，磁盘是外设。而外设的读取速度是比较慢的。但是在进程间通信时，他们并不关心磁盘中有什么文件 - - - 说白了就是不会和磁盘进行交互。于是为了提升效率，就直接关闭了和磁盘中文件的交互。所以，这种不进行IO通信的文件，叫做内存级文件。

那么，如果是内存级文件，需要如何进行通信呢？

1.父进程将内容写入到内存（struct file的内存缓冲区）中，

2.子进程从内存（struct file的内存缓冲区）中读取数据。

总共发生两次拷贝

结论：通过文件系统提供公共资源的进程间通信，叫做管道。

匿名管道

理论

定义：匿名管道，就是没有名字的管道。

使用范围：只能子在父子之间，或者父亲的所有孩子（兄弟）之间进行通信，也就是具有血缘关系才能通信。

原理：

第一步：父进程打开管道

从图中可以看到，fd[0]对应的是读端，对应父进程的3号文件描述符，

fd[1]对应的是写端，对应父进程的4号文件描述符。

fd[0]就是读端   fd[1]就是写端

第二步：父进程创建子进程，子进程会继承父进程的文件描述符

到这里，父子进程通信的管道（途径）就建立好了，但是管道就像水管一样，只能单向通信。所以，我们如果想要父进程写入，子进程读取，就需要关闭父进程的读端，子进程的写端。

第三步：父进程关闭读端（写端），子进程关闭写端（读端）

实践

查看手册，查找pipe函数。

解读：pipe函数的形参是一个pipefd[2]的数组，该数组有两个元素，分别是fd[0]和fd[1]；其中，pipefd[0]代表读端，pipefd[1]代表写端。

返回值：如果创建成功，返回0，否则返回-1。

实现通过管道使父子进程通信

打印结果：

匿名管道读写特征（四种）

1.读快，写慢

写入慢，读取快，read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止

2.读慢，写快

写入快，读取慢，write调用阻塞，直到有进程读走数据。

3.写入端关闭，读取端未关闭

管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0

当写入端关闭了，读取端就没有等待的必要了，读取端的read()直接返回0,表示写入端关闭了。

4.读取端关闭，写入端未关闭

管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE，让write进程退出。

匿名管道实现简易进程池

processPool.cc文件

task.hpp文件

运行结果：

命名管道

理论

使用范围：命名管道可以实现任何进程之间的通信。
命名管道实现的过程：

第一步：创建命名管道

使用指令：mkfifo 文件名   创建命名管道

创建命名管道之后，该如何让不同的进程看到同一份资源呢？

首先，我们需要将这个命名管道做唯一标识。

其次，让不同的文件都通过这个唯一标识，就能确定双方找到的文件是同一份文件了。

就好像钥匙和锁一样。现在有很多钥匙，A进程手里10把要是，B进程手里10把钥匙，现在A和B进程都找自己的钥匙，只要能打开同一把锁，就是相同的钥匙。

如何做到唯一标识？

之前在文件系统中说到，为什么同一个目录下的文件不能重名？就是因为目录下存的是文件的文件名，目录通过文件名找文件，所以，不能重名。

这里同理，利用同一路径 + 文件名的方式唯一标识文件。

第二步：进程之间使用命名管道通信

通信过程和匿名管道一样。

第三步：删除命名管道（如果不在程序中删除，就要自己手动删除）

使用指令：unlink 文件名

实践

创建命名管道

参数：

第一个参数是pathname,表示要创建的管道文件所在的路径和文件名

第二个参数是权限，一般设置0666或者0664

作用：

创建一个命名管道

返回值：

如果创建成功，则返回0，否则返回-1

使用：

进程之间使用命名管道通信

实现命名管道通信，需要两个进程，我们姑且将两个进程命名为客户端（client）和服务端（sliver），客户端发信息，服务端接受信息。

客户端写入

服务端读取

服务端程序

只读端，打开管道文件的方式是O_RDONLY。

接下来就是文件描述符fd中读取sizeof(buffer)个字节内容到buffer中。为了方便观察，将buffer中的内容打印到显示器上。

客户端程序

写入端打开文件的时候使用O_WRONLY

之后将内容输入到line中，将line中的内容写入到fd中，拱读取端去读

实现进程间通信完整程序

实现日志