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进程间通信的概念
进程间通信简称IPC#xff08;Interprocess communication#xff09;#xff0c;进程间通信就是在不同进程之间传播或交换信息。
进程间通信的目的
数据传输#xff1a;一个进程需要将它的数据发送给另一个进程资源共享#xff1a;多…进程间通信介绍
进程间通信的概念
进程间通信简称IPCInterprocess communication进程间通信就是在不同进程之间传播或交换信息。
进程间通信的目的
数据传输一个进程需要将它的数据发送给另一个进程资源共享多个进程之间共享同样的资源。通知事件一个进程需要向另一个或一组进程发送消息通知它它们发生了某种事件如进程终止时要通知父进程。进程控制有些进程希望完全控制另一个进程的执行如Debug进程此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常并能够及时知道它的状态改变。
进程间通信的本质 进程间通信的本质让不同的进程先看到同一份资源 – 这份资源通常都是由OS提供 由于各个进程之间在数据层面具有独立性要想实现通信一定要借助第三方资源这些进程向第三方资源读取或写入数据进而实现进程间通信这份资源通常是由操作系统提供的。
进程间通信的分类
管道
匿名管道pipe命名管道
System V IPC
System V 消息队列System V 共享内存System V 信号量
POSIX IPC
消息队列共享内存信号量互斥量条件变量读写锁
管道
什么是管道 管道是Unix中最古老的进程间通信的形式。 我们把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个“管道” who | wc -l 查看当前服务器上的登录用户个数 其中who 和 wc -l 是两个程序运行起来后变成了两个进程who进程通过标准输入将数据打入“管道”wc进程再从“管道”中读取数据完成了数据的传输。
匿名管道
匿名管道的原理 匿名管道用于进程间通信且仅限于本地父子进程之间的通信。 进程间通信的本质就是让不同的进程看到同一份资源使用匿名管道实现父子进程间通信的原理就是让两个父子进程先看到同一份被打开的文件资源然后父子进程就可以对该文件进行写入或是读取操作进而实现父子进程间通信。 注意这里父子进程看到的同一份文件资源是由操作系统来维护的所以当父子进程对该文件进行写入操作时该文件缓冲区当中的数据并不会进行写时拷贝。
pipe函数 匿名管道使用步骤
在创建匿名管道实现父子进程间通信的过程中需要pipe函数和fork函数搭配使用具体步骤如下
1、父进程调用pipe函数创建管道。
2、父进程创建子进程。
3、父进程关闭写端子进程关闭读端。 注意
管道只能够进行单向通信因此当父进程创建完子进程后需要确认父子进程谁读谁写然后关闭相应的读写端。从管道写端写入的数据会被内核缓冲直到从管道的读端被读取。
例如在以下代码当中子进程向匿名管道当中写入10行数据父进程从匿名管道当中将数据读出。
//child-write, father-read
#include stdio.h
#include unistd.h
#include string.h
#include stdlib.h
#include sys/types.h
#include sys/wait.h
int main()
{int fd[2] { 0 };if (pipe(fd) 0){ //使用pipe创建匿名管道perror(pipe);return 1;}pid_t id fork(); //使用fork创建子进程if (id 0){//childclose(fd[0]); //子进程关闭读端//子进程向管道写入数据const char* msg hello father, I am child...;int count 10;while (count--){write(fd[1], msg, strlen(msg));sleep(1);}close(fd[1]); //子进程写入完毕关闭文件exit(0);}//fatherclose(fd[1]); //父进程关闭写端//父进程从管道读取数据char buff[64];while (1){ssize_t s read(fd[0], buff, sizeof(buff));if (s 0){buff[s] \0;printf(child send to father:%s\n, buff);}else if (s 0){printf(read file end\n);break;}else{printf(read error\n);break;}}close(fd[0]); //父进程读取完毕关闭文件waitpid(id, NULL, 0);return 0;
} 管道读写规则
pipe2函数与pipe函数类似也是用于创建匿名管道其函数原型如下
int pipe2(int pipefd[2], int flags);pipe2函数的第二个参数用于设置选项。 1、当没有数据可读时
O_NONBLOCK disableread调用阻塞即进程暂停执行一直等到有数据来为止。O_NONBLOCK enableread调用返回-1errno值为EAGAIN。
2、当管道满的时候
O_NONBLOCK disablewrite调用阻塞直到有进程读走数据。O_NONBLOCK enablewrite调用返回-1errno值为EAGAIN
3、如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭则read返回0。 4、如果所有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进而可能导致write进程退出。 5、当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时Linux将保证写入的原子性。 6、当要写入的数据量大于PIPE_BUF时Linux将不再保证写入的原子性。
管道的特点
只能用于具有共同祖先的进程具有亲缘关系的进程之间进行通信通常一个管道由一个进程创建然后该进程调用fork此后父、子进程之间就可应用该管道。管道提供流式服务一般而言进程退出管道释放所以管道的生命周期随进程一般而言内核会对管道操作进行同步与互斥管道是半双工的数据只能向一个方向流动需要双方通信时需要建立起两个管道
注意 同步 两个或两个以上的进程在运行过程中协同步调按预定的先后次序运行。比如A任务的运行依赖于B任务产生的数据。 互斥 一个公共资源同一时刻只能被一个进程使用多个进程不能同时使用公共资源。 命名管道
命名管道的原理
匿名管道只能用于具有共同祖先的进程具有亲缘关系的进程之间的通信通常一个管道由一个进程创建然后该进程调用fork此后父子进程之间就可应用该管道。 如果要实现两个毫不相关进程之间的通信可以使用命名管道来做到。命名管道就是一种特殊类型的文件两个进程通过命名管道的文件名打开同一个管道文件此时这两个进程也就看到了同一份资源进而就可以进行通信了。
注意
普通文件是很难做到通信的即便做到通信也无法解决一些安全问题。命名管道和匿名管道一样都是内存文件只不过命名管道在磁盘有一个简单的映像但这个映像的大小永远为0因为命名管道和匿名管道都不会将通信数据刷新到磁盘当中。
创建一个命名管道 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);mkfifo函数的第一个参数是pathname表示要创建的命名管道文件。 若pathname以路径的方式给出则将命名管道文件创建在pathname路径下。若pathname以文件名的方式给出则将命名管道文件默认创建在当前路径下。注意当前路径的含义创建命名管道: mkfifo函数的第二个参数是mode表示创建命名管道文件的默认权限。 注意若想创建出来命名管道文件的权限值不受umask的影响则需要在创建文件前使用umask函数将文件默认掩码设置为0。
创建命名管道:
int main(int argc, char *argv[])
{mkfifo(p2, 0644);return 0;
}命名管道的打开规则
1、如果当前打开操作是为读而打开FIFO时。
O_NONBLOCK disable阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO。O_NONBLOCK enable立刻返回成功。
2、如果当前打开操作是为写而打开FIFO时。
O_NONBLOCK disable阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO。O_NONBLOCK enable立刻返回失败错误码为ENXIO。
用命名管道实现serveclient通信
实现服务端(server)和客户端(client)之间的通信之前我们需要先让服务端运行起来我们需要让服务端运行后创建一个命名管道文件然后再以读的方式打开该命名管道文件之后服务端就可以从该命名管道当中读取客户端发来的通信信息了。
服务端的代码如下
#include comm.hint main()
{umask(0); //将文件默认掩码设置为0if (mkfifo(FILE_NAME, 0666) 0){ //使用mkfifo创建命名管道文件perror(mkfifo);return 1;}int fd open(FILE_NAME, O_RDONLY); //以读的方式打开命名管道文件if (fd 0){perror(open);return 2;}char msg[128];while (1){msg[0] \0; //每次读之前将msg清空//从命名管道当中读取信息ssize_t s read(fd, msg, sizeof(msg)-1);if (s 0){msg[s] \0; //手动设置\0便于输出printf(client# %s\n, msg); //输出客户端发来的信息}else if (s 0){printf(client quit!\n);break;}else{printf(read error!\n);break;}}close(fd); //通信完毕关闭命名管道文件return 0;
}客户端的代码如下
#include comm.hint main()
{int fd open(FILE_NAME, O_WRONLY); //以写的方式打开命名管道文件if (fd 0){perror(open);return 1;}char msg[128];while (1){msg[0] \0; //每次读之前将msg清空printf(Please Enter# ); //提示客户端输入fflush(stdout);//从客户端的标准输入流读取信息ssize_t s read(0, msg, sizeof(msg)-1);if (s 0){msg[s - 1] \0;//将信息写入命名管道write(fd, msg, strlen(msg));}}close(fd); //通信完毕关闭命名管道文件return 0;
}对于如何让客户端和服务端使用同一个命名管道文件这里我们可以让客户端和服务端包含同一个头文件该头文件当中提供这个共用的命名管道文件的文件名这样客户端和服务端就可以通过这个文件名打开同一个命名管道文件进而进行通信了。
共用头文件的代码如下
//comm.h
#pragma once#include stdio.h
#include unistd.h
#include sys/types.h
#include sys/stat.h
#include string.h
#include fcntl.h#define FILE_NAME myfifo //让客户端和服务端使用同一个命名管道
代码编写完毕后先将服务端进程运行起来之后我们就能在客户端看到这个已经被创建的命名管道文件。
命名管道和匿名管道的区别
匿名管道由pipe函数创建并打开。命名管道由mkfifo函数创建由open函数打开。FIFO命名管道与pipe匿名管道之间唯一的区别在于它们创建与打开的方式不同一旦这些工作完成之后它们具有相同的语义。
