Linux進程間通信--管道

? ? ? ?通過管道來實現進程間的通信的方法很經典,因為多個進程共享3-4G中的內核,所以在內核中存在一個管道(緩沖區),然后進程通過連接管道的兩端從而實現通信。假如說我們現在有一根管道,我們從左端放入一個小球,那么它會從右端滾出來,那么如果我們同時向兩端都放入一個小球,那么就不可能實現交叉傳遞了,所以管道是半雙工通信(即雙方都可以發送信息,但是雙方不能同時發送信息),因此管道的兩端一端是讀端,一端是寫端。那么要實現兩個進程的同時讀寫操作,就需要用兩個管道。

pipe

? ? ? ?首先先來說一下pipe,這是一個匿名管道(為啥叫匿名呢,下面講命名管道的時候就知道了),實現方式是循環隊列,它只能用于有血緣關系的進程間通信。首先我們先來看一下pipe函數的原型:

       #include <unistd.h>              int pipe(int pipefd[2]);

? ? ? ?傳入的參數是一個大小為2的數組,然后就得到了兩個文件描述符pipefd[0]和pipefd[1],前者用來指向管道的讀端,后者用來指向寫端。用一個父子進程來舉例,如果要實現父子進程間的通信,在fork前就需要創建一個pipe管道,如果創建成功返回0,如果失敗返回-1并設置errno,由于子進程復制了父進程的PCB,所以子進程也有父進程的文件描述符表,因此父子進程的pipefd都指向了同一個pipe管道,然后我們要規定管道的傳輸方向,如果我們要求父寫子讀的話,我們就在父進程中close(pipefd[0]),在子進程中close(pipefd[1])就好了,創建好管道后我們通過write和read函數進行讀寫操作。

那么在使用pipe通信的時候可能會遇到以下的幾種情況:

1. 當讀管道時,如果管道中沒有數據,則會阻塞,直到管道另一端寫入數據。

? ? ? ? ? 2. 當寫管道時,如果管道中已經滿了,則會阻塞,直到管道另一端讀出數據(可見讀出數據時,管道中將不會保留該數據)。

? ? ? ? ? 3. 當管道寫端關閉時,讀端讀完管道內的數據時,如果再次去讀沒有數據的管道會返回0,相當于讀到了EOF。

? ? ? ? ? 4. 當管道讀端關閉時,如果寫端在寫入數據時,產生SIGPIPE信號,寫進程默認情況下會終止進程。

? ? ? ?下面以父子進程的例子,來寫一個程序來實現一下,代碼如下:

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>int main(void){        char buf[1024] = "Hello Childn";        char str[1024];        int fd[2];        if(pipe(fd) == -1){                perror("pipe");                exit(1);        }        pid_t pid = fork();        // 父寫子讀 0寫端 1讀端        if(pid > 0){                printf("parent pidn");                close(fd[0]);                    // 關閉讀端                sleep(5);                write(fd[1], buf, strlen(buf));  // 在寫端寫入buf中的數據                wait(NULL);                close(fd[1]);        }        else if(pid == 0){                close(fd[1]);                   // 關閉寫端                int len = read(fd[0], str, sizeof(str));   // 在讀端將數據讀到str                write(STDOUT_FILENO, str, len);                close(fd[0]);        }        else {                perror("fork");                exit(1);        }        return 0;}

? ? ? ?運行結果如下:

parent pidHello Child

? ? ? ?我們可以用fpathconf來查看管道的緩沖區大小,通過傳入文件描述符和_PC_PIPE_BUF兩個參數來獲得一個long整型的值。代碼如下:

printf("%ldn", fpathconf(fd[0], _PC_PIPE_BUF));

? ? ? ?還有就是我們可以通過設置O_NONBLOCK參數來實現非阻塞的情況,也就是說當一個進程還沒有寫數據時,另一個讀進程就會阻塞在那里,那么如果設置了O_NONBLOCK參數,該進程就不會阻塞在那里,會返回-1,并設置errno為EAGAIN,可以用goto語句或者while循環實現,那么設置O_NONBLOCK使用fcntl函數。

fifo

? ? ? ?fifo用來創建一個命名管道,可以解決非血緣關系的進程間通信,它的底層的實現原理和匿名管道相同,只不過是生成了一個可見的管道文件。管道文件用mkfifo命令來創建,如下圖所示:

? ? ? ?這個管道文件連接一個在內核中的管道,那么這個管道文件對于所有的進程都是可見的,那么進程通過打開這個管道文件就可以通過管道文件所連接的管道來實現非血緣關系的進程間通信了。因為這個管道有一個所有進程都可以訪問到的管道文件,所以fifo叫做命名管道,那么同理,pipe就只能通過fork的方式來復制文件描述符表來共享管道,而其他的進程卻訪問不到,所以叫做匿名管道。

? ? ? ?下面也通過代碼,來簡單的實現一下fifo的效果,這里我提前用mkfifo的命令來創建了一個管道文件,當然也可以在代碼中使用mkfifo函數來創建,先來看一下寫操作的進程的代碼:

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <string.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int main(int argc,char *argv[]){        if(argc < 2){                printf("run errorn");                exit(1);        }        char buf[1024] = "Hello, I'm Charlesn";        int fd = open(argv[1], O_WRONLY);        if(fd == -1){                perror("open file");                exit(1);        }        write(fd, buf, strlen(buf));        close(fd);        return 0;}

? ? ?下面是執行讀操作的代碼:

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <fcntl.h>int main(int argc, char *argv[]){if(argc < 2){printf("run errorn");exit(1);}char buf[1024];int fd = open(argv[1], O_RDONLY);int len = read(fd, buf, sizeof(buf));write(STDOUT_FILENO, buf, len);close(fd);return 0;}

? ? ? ?然后我們開兩個終端去分別運行這兩個程序,我們先運行寫操作的程序,然后再運行讀操作的程序(當你運行寫操作的程序時會阻塞在write,當運行讀操作的程序時才會往下執行,這個就是上面所說的四種情況中的一種),最終結果如下: