Linux进程间通信
2022-02-01 # 学习笔记 # Linux # 学习笔记 # Linux

Linux进程间通信(IPC)

需求1：

实现：

用兄弟进程以及管道通信（无名）来实现命令 ls | wc -l

ls | wc -l命令使用了管道，将ls命令的输出作为wc命令的输入。

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#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char* argv[]){
	
	int i;
	//创建管道
	int fd[2];
	int res = pipe(fd);
	if (res == -1)perror("pipe error");

	//循环创建子进程
	for (i = 0; i < 2; i++) {
		pid_t pid;
		pid = fork();
		if (pid == 0)break;
	}
	

	if (i == 2){ //父进程
		//关闭管道的读端和写端
		close(fd[0]);
		close(fd[1]);
		wait(NULL);
		wait(NULL);
	}else if (i == 0){ //兄进程
		//关闭管道的读端
		close(fd[0]);
		dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
		execlp("ls", "ls", NULL);

	}
	else if (i == 1) {//弟进程
		//关闭管道的写端
		close(fd[1]);
		dup2(fd[0], STDIN_FILENO);
		execlp("wc", "wc", "-l", NULL);
	}
	return 0;
}

补充：

linux中父子进程的文件描述符是共享的。因此实现父子进程或兄弟进程通信时，可以使用pipe（无名管道），相当于父进程用fork的方式，将管道的读端和写端传给了子进程。但只能用于有血缘关系的进程之间的通信。

在使用时需要关闭进程的读端或写端，确保有且仅有一个进程持有管道的写端，另一进程持有管道的读端。否则可能会产生阻塞。

管道机制：

读管道：

  • 管道有数据：read 返回实际读到的字节数。

  • 管道无数据：

​ 1）无写端，read 返回 0 （类似读到文件尾）

​ 2）有写端，read 阻塞等待。

写管道：

  • 无读端： 异常终止。 （SIGPIPE信号导致的）

  • 有读端：

​ 1） 管道已满， 阻塞等待

​ 2） 管道未满， 返回写出的字节个数。

分析

从上述机制不难分析，当有非写入程序持有管道的写入端的时候，可能会造成后续读端一直阻塞。因此要通过关闭不同进程的读端和写端来明确管道的方向，防止阻塞。

需求2：

采用管道来实现无血缘关系的进程之间的通信。

思路：

linux中”一切皆文件“，管道也不例外。pipe()函数所创建的管道没有名称，一般被称为无名管道，但这种管道只能用于有血缘关系的进程间使用。而另一种管道——FIFO，常被称为命名管道来区分pipe，通过FIFO，无血缘关系的进程也可以进行通信。

FIFO是linux基础文件类型中的一种，在目录中可以看到，但在磁盘上并没有数据块，并不占用磁盘空间，仅仅用来标识通往内核的一条通道，不同的进程通过打开这个文件，来进行read和write。实际上是在读写内核通道，从而实现了进程间通信。

命名管道的创建方式

命令：

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mkfifo 管道名

库函数：

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int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode);

成功返回0，失败返回-1

实现：

写入进程

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#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
	char buf[4096];

	printf("I'm write\n");

	//判断是否通过控制台参数传入了一个管道
	if (argc < 2) {
		printf("Enter like this: ./xxx.out fifoname\n");
		return -1;
	}
	
	//打开管道
	int fd = open(argv[1], O_WRONLY);
	//向管道中持续写入数据
	int i = 0;
	while (i < 30) {
		sprintf(buf, "this is the %dth message\n",i++);
		write(fd, buf, strlen(buf));
		sleep(1);
	}
	close(fd);
}

读出进程

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#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[]) {

	printf("I'm read\n");

	//判断是否通过控制台参数传入了一个管道
	if (argc < 2) {
		printf("enter like this: ./xxx.out fifoname\n");
		return -1;
	}

	//打开管道
	int fd = open(argv[1], O_RDONLY);

	//从管道中读取数据
	char buf[4096];

	int len;
	while (1) {
		len = read(fd, buf, sizeof(buf));
		write(STDOUT_FILENO, buf, len);
		sleep(1);
	}

	close(fd);
	return 0;

}

效果实例

补充：

  • sprintf函数可以将字符串写入到指定的缓冲区中，写入的内容为“字符串+/0”，每次写入结束后都会确保末尾为/0，因此在每次写入前也可以不清除缓冲区中已有的字符串。
  • 在打开管道的时候应注意权限的控制，读入端O_RDONLY，写入端O_WRONLY，权限设置错误可能会造成open函数阻塞。
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