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进程间通信之管道(pipe、fifo)

时间:2016-09-09 23:54:23      阅读:262      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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我们先来说说进程间通信(IPC)的一般目的,大概有数据传输、共享数据、通知事件、资源共享和进程控制等。但是我们知道,对于每一个进程来说这个进程看到属于它的一块内存资源,这块资源是它所独占的,所以进程之间的通信就会比较麻烦,原理就是需要让不同的进程间能够看到一份公共的资源。所以交换数据必须通过内核,在内核中开辟?块缓冲区,进程1把数据从?户空间 拷到内核缓冲区,进程2再从内核缓冲区把数据读?,内核提供的这种机制称为进程间通信。一般我们采用的进程间通信方式有

  1. 管道(pipe)和有名管道(FIFO)
  2. 信号(signal)
  3. 消息队列
  4. 共享内存
  5. 信号量
  6. 套接字(socket)

我们先来从最简单的通信方式来说起;

匿名管道 pipe

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管道的创建

管道是一种最基本的进程间通信机制。管道由pipe函数来创建:

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调用pipe函数,会在内核中开辟出一块缓冲区用来进行进程间通信,这块缓冲区称为管道,它有一个读端和一个写端。

pipe函数接受一个参数,是包含两个整数的数组,如果调用成功,会通过pipefd[2]传出给用户程序两个文件描述符,需要注意pipefd [0]指向管道的读端, pipefd [1]指向管道的写端,那么此时这个管道对于用户程序就是一个文件,可以通过read(pipefd [0]);或者write(pipefd [1])进行操作。pipe函数调用成功返回0,否则返回-1..

那么再来看看通过管道进行通信的步骤:

》父进程创建管道,得到两个文件描述符指向管道的两端

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》利用fork函数创建出子进程,则子进程也得到两个文件描述符指向同一管道

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》父进程关闭读端(pipe[0]),子进程关闭写端pipe[1],则此时父进程可以往管道中进行写操作,子进程可以从管道中读,从而实现了通过管道的进程间通信。

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示例代码:

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
 #include<string.h>
int main()
{
int _pipe[2];
int ret=pipe(_pipe);
    if(ret<0)
    {
         perror("pipe\n");
    }
  pid_t id=fork();
  if(id<0)
{
       perror("fork\n");
   }
   else if(id==0)  // child
    {
        close(_pipe[0]);
        int i=0;
        char *mesg=NULL;
       while(i<100)
       {
           mesg="I am child";
           write(_pipe[1],mesg,strlen(mesg)+1);
           sleep(1);
           ++i;
        }
     }
    else  //father
   {
       close(_pipe[1]);
         int j=0;
        char _mesg[100];
         while(j<100)
        {
          memset(_mesg,‘\0‘,sizeof(_mesg ));
          read(_pipe[0],_mesg,sizeof(_mesg));
          printf("%s\n",_mesg);
          j++;
        }
    }
   return 0;
}

结果演示:

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pipe的特点:

1. 只能单向通信

2. 只能血缘关系的进程进行通信

3. 依赖于文件系统

4、生命周期随进程

5. 面向字节流的服务

6. 管道内部提供了同步机制

说明:因为管道通信是单向的,在上面的例子中我们是通过子进程写父进程来读,如果想要同时父进程写而子进程来读,就需要再打开另外的管道;

管道的读写端通过打开的?件描述符来传递,因此要通信的两个进程必须从它们的公共祖先那?继承管道?件描述符。 上?的例?是?进程把?件描述符传给?进程之后??进程之 间通信,也可以?进程fork两次,把?件描述符传给两个?进程,然后两个?进程之间通信, 总之 需要通过fork传递?件描述符使两个进程都能访问同?管道,它们才能通信。

四个特殊情况:

》 如果所有指向管道写端的?件描述符都关闭了,?仍然有进程从管道的读端读数据,那么管道中剩余的数据都被读取后,再次read会返回0,就像读到?件末尾?样

》 如果有指向管道写端的?件描述符没关闭,?持有管道写端的进程也没有向管道中写数据,这时有进程从管道读端读数据,那么管道中剩余的数据都被读取后,再次read会阻塞,直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。

》 如果所有指向管道读端的?件描述符都关闭了,这时有进程指向管道的写端write,那么该进程会收到信号SIGPIPE,通常会导致进程异常终?。

》 如果有指向管道读端的?件描述符没关闭,?持有管道写端的进程也没有从管道中读数据,这时有进程向管道写端写数据,那么在管道被写满时再write会阻塞,直到管道中有空位置了才写?数据并返回。

 

命名管道FIFO

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在管道中,只有具有血缘关系的进程才能进行通信,对于后来的命名管道,就解决了这个问题。FIFO不同于管道之处在于它提供?个路径名与之关联,以FIFO的?件形式存储于?件系统中。命名管道是?个设备?件,因此,即使进程与创建FIFO的进程不存在亲缘关系,只要可以访问该路径,就能够通过FIFO相互通信。值得注意的是, FIFO(first input first output)总是按照先进先出的原则?作,第?个被写?的数据将?先从管道中读出。

命名管道的创建

创建命名管道的系统函数有两个: mknod和mkfifo。两个函数均定义在头?件sys/stat.h,
函数原型如下:
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mknod(const char *path,mode_t mod,dev_t dev);
int mkfifo(const char *path,mode_t mode);

函数mknod参数中path为创建的命名管道的全路径名: mod为创建的命名管道的模指
明其存取权限; dev为设备值,该值取决于?件创建的种类,它只在创建设备?件时才会?到。这两个函数调?成功都返回0,失败都返回-1。下?使?mknod函数创建了?个命名管道:


umask(0);
if (mknod("/tmp/fifo",S_IFIFO | 0666) == -1)
{
perror("mkfifo error");
exit(1);
}
函数mkfifo前两个参数的含义和mknod相同。下?是使?mkfifo的?例代码:
umask(0);
if (mkfifo("/tmp/fifo",S_IFIFO|0666) == -1)
{
perror("mkfifo error!");
exit(1);
}
"S_IFIFO|0666"指明创建?个命名管道且存取权限为0666,即创建者、与创建者同组的
?户、其他?户对该命名管道的访问权限都是可读可写( 这?要注意umask对?成的
管道?件权限的影响) 。
命名管道创建后就可以使?了,命名管道和管道的使??法基本是相同的。只是使?命
名管道时,必须先调?open()将其打开。因为命名管道是?个存在于硬盘上的?件,?管道
是存在于内存中的特殊?件。
需要注意的是,调?open()打开命名管道的进程可能会被阻塞。但如果同时?读写?式
( O_RDWR)打开,则?定不会导致阻塞;如果以只读?式( O_RDONLY)打开,则调
?open()

 

运行示例

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那么此时我们早server.c中创建命名管道并打开,对管道中进行写操作,在client.c中进行读操作,把读到的内容进行打印,就实现了我们的使用命名管道通信。

 

Server.c:
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#define _PATH_NAME_ "/tmp/file.tmp"
#define _SIZE_ 100
   
 int main()
 {
      int ret=mkfifo(_PATH_NAME_,S_IFIFO|0666);
      if(ret==-1){
           printf("make fifo error\n");
           return 1;
      }
     char buf[_SIZE_];
     memset(buf,‘\0‘,sizeof(buf));
     int fd=open(_PATH_NAME_,O_WRONLY);
     while(1)
     {
         //scanf("%s",buf);
         fgets(buf,sizeof(buf)-1,stdin);
         int ret=write(fd,buf,strlen(buf)+1);
         if(ret<0){
         printf("write error");
         break;
         }
     }
      close(fd);
      return 0;
 }                    

Client.c:
#include<stdio.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>
#define _PATH_NAME "/tmp/file.tmp"
#define _SIZE_ 100 
int main()
{
    int fd=open(_PATH_NAME,O_RDONLY);
    if(fd<0){
        printf("open file error");
        return 1;
    }
   char buf[_SIZE_];
   memset(buf,‘\0‘,sizeof(buf));
   while(1)
   {
       int ret=read(fd,buf,sizeof(buf)); 
       if(ret<0){
           printf("read end or error\n");
           break;
       }
   printf("%s",buf);
   }
   close(fd);
   return 0;
 }  

结果演示:

   技术分享

          可以看到我实在服务端发送了“Hello” “I am aerver”,在客户端可以收到此内容,完成简单的进程间通信。

进程间通信之管道(pipe、fifo)

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原文地址:http://www.cnblogs.com/MrListening/p/5858358.html

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