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进程间的通信
管道
1.概念
2.匿名管道
3.命名管道
4.匿名管道与命名管道的区别
5.总结管道的特点
共享内存
1.原理
2.共享内存的建立
3.代码
1.相关函数
2.总结 进程间的通信
1.进程间通信目的
数据传输#xff1a;一个进程需要将它的数据发送给另一个进程…目录
进程间的通信
管道
1.概念
2.匿名管道
3.命名管道
4.匿名管道与命名管道的区别
5.总结管道的特点
共享内存
1.原理
2.共享内存的建立
3.代码
1.相关函数
2.总结 进程间的通信
1.进程间通信目的
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
2.进程间通信发展
管道System V进程间通信POSIX进程间通信
3.进程间通信分类
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
4.进程通信的本质理解
进程间通信的前提: 首先让不同进程看到同一块内存看到的同一块内存 属于那一个进程? -- 不能隶属于任何一个进程,而应该强调共享
管道
1.概念
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 管道都是单向通信, 传输内容的 管道中传输的都是资源,管道通信的背后是进程通过管道通信,管道就是文件
2.匿名管道
1.概念:匿名管道是内存级文件, 没有名字 , 不会写入磁盘
如何做到让不同进程看到同一份资源?子进程继承
-- fork让子进程继承 --- 能够让具有血缘关系的进程进行进程间通信 ---常用于父子进程 2.代码编写
#include unistd.h
功能:创建一无名管道
原型
int pipe(int fd[2]); //fd[2]:输出型参数,期望通过调用它, 得到被打开的文件fd
参数
fd文件描述符数组,其中fd[0]表示读端, fd[1]表示写端
返回值:成功返回0失败返回错误代码匿名管道底层也是文件,但是没有名字, 默认以读写方式打开pipefd[0]: 读端 pipefd[1]: 写端 a.从键盘读取数据,写入管道,读取管道,写道屏幕
#includestdio.h
#includestdlib.h
#includestring.h
#includeunistd.hint main()
{int fds[2];char buff[100];int len;if(pipe(fds) -1)perror(创建管道失败),exit(-1);//从stdin读取数据到buff,并写入管道fd[1]while(fgets(buff,100,stdin)){len strlen(buff);if(write(fds[1],buff,len) ! len){perror(写入失败);break;}memset(buff,0,sizeof(buff));//从管道里读取数据,并写入到stdoutif(len read(fds[0],buff,100) -1){perror(读取失败);break;}if(write(1,buff,len) ! len){perror(写入stdout失败);break;}}return 0;
}
b.父进程写数据,子进程读数据
#includeiostream
#includestring
#includecstdio
#includecstring
#includeassert.h
#includeunistd.h
#includesys/types.h
#includesys/wait.h
using namespace std;int main()
{//创建管道int pipefd[2] {0};int n pipe(pipefd);assert(n ! -1);(void)n;//创建子进程pid_t id fork();assert(id ! -1);if(id 0){//子进程 - 读close(pipefd[1]);//将数据读取到buff里,并打印char buff[1024];while(true){ssize_t s read(pipefd[0],buff,sizeof(buff)-1);if(s 0){coutFather:buffendl;}}exit(0);}//父进程 - 写close(pipefd[0]);string message 我是父进程,我正在发送消息;int count 0;char send_buff[1024];while(true){//往send_buff里面写要发送的信息snprintf(send_buff,sizeof(send_buff),%s[%d]:%d,message.c_str(),getpid(),count);//写入管道write(pipefd[1],send_buff,strlen(send_buff));sleep(1);}pid_t ret waitpid(id,nullptr,0);assert(ret 0);(void)ret;return 0;
}
c.进程池
1.主进程派发任务,子进程接受任务(匿名管道实现)
2.使用循环创建多个子进程与管道,父进程保存其pipefd与pid (这里将其保存在vector中,构造pair)
3.Task.hpp:封装一个funtional包装器,将任务的执行方法放入vector里, 在创建一张hash表记录
4.子进程通pipefd[0],将要执行的任务编号读取,然后执行 父进程通过pipefd[1],将要执行的任务编号写入给子进程读取
5.关闭文件描述符,以及回收子进程: 根据vector里记录的pid与pipefd,回收
代码:Linux-test: Linux下提交代码 - Gitee.com
3.命名管道
1.概念:命名管道是磁盘文件(本质也是内存文件, 不过在磁盘上构建了文件名)
--管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先具有亲缘关系的进程间通信。
--如果我们想在不相关的进程之间交换数据可以使用FIFO文件来做这项工作它经常被称为命名管道。该方式为:打开目录下同一文件
--命名管道是一种特殊类型的文件
2.代码编写
命令行创建命名管道
mkfifo filename
程序中创建
接口: int mkfifo(const char* pathname , mode_t mdoe)
头文件: sys/types.h sys/stat.h
返回值: 创建成功: 0 创建失败: -1//示例
int main(int argc, char *argv[])
{mkfifo(p2, 0644);return 0;
}
a.创建命名管道,进程A写数据,进程B读取数据
mkfifo name_pipe
//A
echo hello world name_pipe
//B
cat name_pipe删除管道文件: unlink 文件名(name_pipe) 也可以 rm 文件名
b.用命名管道实现serverclient通信
server:创建管道文件, 打开管道文件, 从管道文件中读取信息到buff,并打印, 关闭文件,
client: 打开管道文件, 将buff的内容写入管道文件, 关闭文件
其中server端也可以创建多个子进程去读取管道文件里的信息
代码:Linux-test: Linux下提交代码 - Gitee.com 4.匿名管道与命名管道的区别
1.它们让不同进程看到同一份资源的手段不一样,但它们的本质是一样的(都是文件)
命名管道可以让不同进程进行通信 ~~ 打开同一目录下相同的文件
匿名管道只能让父子进程进行通信 ~~ 子进程继承的方式
2.为什么匿名管道叫匿名?
--匿名管道 ~~ 内存级文件 ~~在磁盘上没有对应的映像
--命名管道 ~~ 内存级文件 ~~但在磁盘上给其构建了文件名
5.总结管道的特点
a.管道是用来进行具有血缘关系的进程进行进程间的通信 --- 常用于父子通信
b.管道具有通过让进程协同 , 提供了访问控制!
c.管道提供的是面向流式的通信服务 --- 面向字节流 --- 协议
d.管道是基于文件的,文件的生命周期是随进程的--管道的生命周期是随进程的(如果通信双方退出,管道会释放)
e.管道是单向通信的 , 就是半双工通信的一种特殊情况
访问控制:
//写入的一方fd没有关闭如果有数据就读没有数据就等
//写入的一方fd关闭读取的一-方read会返回0表示读到了文件的结尾!
--写快读慢写满不能在写了
--写慢,读快管道没有数据的时候读必须等待
--写关读0标识读到了文件结尾
--读关写继续写OS终止写进程 共享内存
1.原理 2.共享内存的建立
共享内存的提供者 操作系统
操作系统管理共享内存~~先描述在组织 ~~ 共享内存 共享内存块 对应的内核数据结构
--创建共享内存 ~~将该内存与地址空间建立映射 ~~ 进行通信 ~~ 去掉关联 ~~ 删除共享内存
3.代码
1.相关函数
ftok函数
功能:用于创建共享内存、消息队列和信号量等 IPC 对象的键值
原型key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
参数pathname:路径名 proj_id:项目标识符
返回值:成功返回一个键值,失败返回-1//将 pathname 所指向文件的索引节点号inode number与 proj_id 结合起来
//生成一个唯一的键值,这个键值可以用作创建或获取 IPC 对象的标识符。
shmget函数
功能用来创建共享内存
原型int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
参数key:这个共享内存段名字size:共享内存大小shmflg:由九个权限标志构成它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的
返回值成功返回一个非负整数即该共享内存段的标识码失败返回-1
shmat函数
功能将共享内存段连接到进程地址空间
原型void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
参数shmid: 共享内存标识shmaddr:指定连接的地址shmflg:它的两个可能取值是SHM_RND和SHM_RDONLY
返回值成功返回一个指针指向共享内存第一个节失败返回-1shmaddr为NULL核心自动选择一个地址
shmaddr不为NULL且shmflg无SHM_RND标记则以shmaddr为连接地址。
shmaddr不为NULL且shmflg设置了SHM_RND标记则连接的地址会自动向下调整为SHMLBA的整数倍。
公式shmaddr -(shmaddr % SHMLBA)
shmflgSHM_RDONLY表示连接操作用来只读共享内存
shmdt函数
功能将共享内存段与当前进程脱离
原型int shmdt(const void *shmaddr);
参数shmaddr: 由shmat所返回的指针
返回值成功返回0失败返回-1
注意将共享内存段与当前进程脱离不等于删除共享内存段
shmctl函数
功能用于控制共享内存
原型int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
参数shmid:由shmget返回的共享内存标识码cmd:将要采取的动作有三个可取值buf:指向一个保存着共享内存的模式状态和访问权限的数据结构
返回值成功返回0失败返回-1 当进程运行结束 我们的共享内存还存在 IPC资源的生命周期随内核
命令行删除
查看共享内存 ipcs -m
删除共享内存 ipcrm -m shmid 手动
a.示例1
// 1. 创建公共的Key值
key_t k ftok(PATH_NAME, PROJ_ID); // const char* path_name, int id
assert(k ! -1); // key创建失败// 2. 创建共享内存 -- 建议要创建一个全新的共享内存 -- 通信的发起者
int shmid shmget(k, SHM_SIZE, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666); // 最后可以给0
if (shmid -1)
{perror(shmget); exit(1);
}
//IPC_CREAT 如果创建共享内存,底层已经存在(直接获取并返回),如果不存在(创建后再返回)
//IPC_CREAT | IPC_EXCL :底层已经存在(出错返回),如果不存在(创建后再返回)// 3.将指定的共享内存挂接到自己的地址空间
char *shmaddr (char *)shmat(shmid, nullptr, 0); // 类似于malloc// 进行通信
//...// 4. 将指定的共享内存从自己的地址空间中去关联
int n shmdt(shmaddr);
assert(n ! -1);
// 5.删除共享内存,IPC_RMID即便是有进程和当下的shm挂接依旧删除共享内存
n shmctl(shmid, IPC_RMID, nullptr);
assert(n ! -1);
b.用共享内存实现serverclient通信
server:获取key,创建共享内存,挂上链接,进行通信(读取数据), 去除链接,删除共享内存
client:获取key,获取共享内存,挂上链接,进行通信(写数据),去除链接
由于共享内存没有访问控制, 可以利用管道具有访问控制的特性(实现其访问控制)
代码:Linux-test: Linux下提交代码 - Gitee.com
结果: 2.总结
1.共享内存是所有进程通信(IPC)速度最快的,不需要过多的拷贝(不需要将数据给OS):
只要通信双方使用shm,一方直接向共享内存中写入数据,另一方,立马就可以看到对方写入的数据
(共享内存一旦映射进各进程的地址空间,双方进程如果想要通信,直接进行内存级的读写即可)
2.共享内存缺乏访问控制 ! ~~ 会带来并发问题 但我们可以用管道来增加访问控制
3.为什么之前的pipefifo都要通过readwrite来进行通信?
使用管道让双方看到的公共资源属于文件,需要操作系统自己去维护(文件是属于内核中的一种数据结构) 管道 共享内存
