【Linux学习】进程间通信 (1) —

【Linux学习】进程间通信 (1) —— 管道

下面是有关进程通信中管道的相关介绍，希望对你有所帮助！

小海编程心语录-CSDN博客

1. 进程通信的基本概念

1.1 概念

进程间通信简称 IPC ，指两个进程之间的通信。 IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

1.2 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，通知它们发生了某种事件。
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)，该控制进程希望能够拦截另一个进程的所有操作，并能够及时知道它的状态改变。

1.3 通信方式

UNIX IPC: 管道、FIFO、信号
System V IPC: 信号量、消息队列、共享内存
Socket IPC: 基于Socket进程间通信

2. 管道

把一个进程连接到另一个进程的数据流称为管道，是一个半双工的通信方式。

管道分为有名管道和无名管道两种,它们的区别是:

无名管道只能在有亲缘关系的进程之间进行通信。

有名管道又称为命名管道,可以在任意两个进程之间进行通信。

2.1 无名管道

//函数原型
#include <unistd.h>

int pipe( int fd[2] );

匿名管道适用于一对一的、具有亲缘关系的进程间的通信

是一个半双工的通信方式，具有固定的读端和写端。

管道可以看做是一种特殊的文件，对管道的读写可以使用普通的read() ，write()函数，但管道不属于任何文件系统的，只存在于内存中。

2.1.1 如何操作无名管道

创建：（pipe函数用来创建无名管道）
操作：（read读；write写）写是 fd[1]，读是 fd[0]
关闭操作端口：（close）

2.1.2 示例代码

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <sys/wait.h> 
#include <string.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <stdlib.h> 

int main()
{
    //创建无名管道
    int fd[2];
    pipe(fd);
    
    if(fork() == 0)
    {
        close(fd[0]);   //读关闭
        char *buf = "hello world"; 
        write(fd[1], buf, strlen(buf)); //写操作
    }
    else
    {
        close(fd[1]);  //写关闭
        char showbuf[100];
        bzero(showbuf, 100);  //清空缓冲区

        read(fd[0], showbuf, 100); //读操作

        printf("txt is :%s\n", showbuf); //打印内容

        exit(0);
      
    }
}

代码运行结果

2.2 有名管道

//函数原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
//  pathname：具名管道的名称 
//  mode：文件权限模式，例如0666

具名管道通常又被称为FIFO，它是对无名管道的一种改进，其更接近普通文件，有文件名、可以open打开、支持read()/write()等读写操作

Linux在共享文件夹下，创建管道文件是创建不了的，运行结果为空，因此要将执行文件移到非共享文件夹下。因为共享文件夹和Windows是共享的，有些文件windows是没有的。

特性

它可以使互不相关的两个进程实现彼此通信

该管道可以通过路径名来指出，并且在文件系统中是可见的。在建立管道之后，两个进程就可以把它当作普通文件进行读写，使用非常方便。

FIFO严格遵循先进先出原则，对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。有名管道不支持如Iseek()等文件的定位操作。

2.2.1 如何操作具名管道

创建有名管道文件：（mkfifo即是命令也是函数；mknod也可以创建管道文件）
打开有名管道：（open）
读/写：（read/write）
关闭：（close）

具名管道一旦没有任何读者和写者，系统判定管道处于空闲状态，会释放管道中的所有数据

1.写者

创建有名管道文件 mkfifo()
打开有名管道 open()
创建缓冲区，写内容 buf
写操作 write()
关闭有名管道 close()

2.读者

打开有名管道 open()
创建缓冲区，清空缓冲区 buf bzero()
读操作，打印 read()
关闭有名管道 close()

2.2.2 示例代码

//读者
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <string.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <stdlib.h> 

int main()
{
    int fd = open("./fifo", O_RDWR);  //打开有名管道

    char showbuf[100];   //创建缓冲区
    bzero(showbuf, 100);  //清空缓冲区

    read(fd, showbuf, 100);  //读

    printf("%s\n", showbuf); //打印

    close(fd);  //关闭

    return 0;

}

//写者
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <string.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <stdlib.h> 

int main()
{
    mkfifo("./fifo", 0666);    //创建有名管道文件

    int fd = open("./fifo", O_RDWR);  //打开有名管道

    char *buf = "hello world";   //写
    write(fd, buf, strlen(buf));

    close(fd);   //关闭

    return 0;

}

注意：

在Linux在共享文件夹下，创建管道文件是创建不了的，运行结果为空，因此要将执行文件移到非共享文件夹下，这里我把执行文件放到家目录的test文件夹下了。

打开两个终端执行命令，这里可用Ctrl+shift+n快速打开相同路径下的终端

代码运行结果

3. 相关练习

编写两个程序，一个客户端、一个服务器端，服务器端创建并且监视管道，发现如果有数据就把它保存到指定位置，客户端将当前系统时间和自己的PID写入管道

3.1 客户端

//cilent 客户端
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <string.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <time.h>
int main()
{
    int fd = open("./fifo", O_RDWR);  //打开有名管道

    char buf[1000];     //创建缓冲区
    time_t tim;

    while(1)
    {
        bzero(buf,1000);      //清空缓冲区
        time(&tim);         //时间
        sprintf(buf,"[%d]:  %s",getpid(),ctime(&tim)); //打印到buf指向的字符串中

        write(fd,buf,strlen(buf)); //写操作，在日志文件中写入数据
        
        sleep(2);

    }
    
    return 0;

}

3.2 服务器端

//server 服务器端
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <string.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <fcntl.h> 
#include <stdlib.h> 

int main()
{
    mkfifo("./fifo", 0666);    //创建有名管道文件
    int logfd = open("./log.txt",O_RDWR | O_CREAT,0777); //创建日志文件
    int fd = open("./fifo", O_RDWR);  //打开有名管道

    char buf[1000];     //创建缓冲区
    while(1)
    {
        bzero(buf,1000);      //清空缓冲区
        read(fd,buf,1000);     //读取缓冲区数据
        write(logfd,buf,strlen(buf)); //在日志文件中写入数据
    }
    
    return 0;

}

代码运行结果