进程间通信--管道

一、为什么要有进程间通信(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

二、怎样做到进程间通信？

无论是发送数据，还是共享数据或协同、控制

进程间通信的本质：是让不同的进程看到同一份资源

为了不破坏进程的独立性，这份资源不属于任何一个进程，而是由OS提供的一块特定形式的内存空间。

进程(用户)利用该空间进行通信，本质上就是访问OS。该空间的建立、释放，底层设计和接口都由OS来完成。

而管道是一种基于文件级别（不与磁盘交互）的通信方式。

三、匿名管道

1、匿名管道的原理/如何建立通信

如图所示，父子进程(有血缘关系的进程)通过继承体系，继承Task_struct的文件描述符表

父进程以WR方式打开该文件，引用计数为2，fork创建子进程，引用计数变为4.

思考：通信时产生的访问冲突，临界资源竞争

OS在设计上为了简化整个过程，采用了单向通信的模式，即一个读，另一个写。

为实现双向通信，可以再创建一个管道，让通信方向相反即可。

2、打开管道的系统调用接口pipe

输出型参数 pipefd[0] pipefd[1]分别为读写的fd。

例子：子进程sleep(1)，父一直read

#define N 2
#define NUM 128
void Writer(int wfd)
{
    string str = "I am a child ";
    pid_t self = getpid();
    int number=0;

    //充当缓冲区
    char buffer[NUM];
    while(true)
    {
        //字符串清空，只是为了提醒阅读代码的人，把这个数组当成字符串了
        buffer[0]=0;

        snprintf(buffer,sizeof(buffer),"msg:%s--pid:%d--num:%d",str.c_str(),self,number++);
        write(wfd,buffer,strlen(buffer));//不用+1，系统层面不用加\0
        sleep(1);

    }
}
void Reader(int rfd)
{
    char buffer[NUM];
    while(true)
    {
        buffer[0]=0;
        ssize_t n = read(rfd,buffer,sizeof(buffer));
        if(n>0)
        {
            //读取之后按字符串处理
            buffer[n]='\0';
            printf("father get msg:%s father_pid:%d\n",buffer,getpid());
            // cout << "father get a message[" << getpid() << "]# " << buffer << endl;
        }
        else if(n==0)
        {
            cout<<"father read file done";
        }
        else break;
    }
}
// child--w   father--r
//IPC code
int main()
{
    int pipefd[N] = {0};
    int n = pipe(pipefd);
    if (n < 0)
        return 1;

    // cout<<"pipefd[0]:"<<pipefd[0]<<"  "<<"pipefd[1]:"<<pipefd[1]<<endl;

    pid_t id = fork();
    if (id < 0)
        return 2;
    //先形成单向信道
    if (id == 0)
    {
        // child  关掉3
        // 向4中写入
        close(pipefd[0]);
        Writer(pipefd[1]);

        close(pipefd[1]);
        exit(0);
    }

    // father关掉4
    // 从3中读取
    close(pipefd[1]);
    Reader(pipefd[0]);
    
    int rid = waitpid(id,NULL,0);
    if(rid<0)return 3;
    close(pipefd[0]);
    return 0;
}