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Linux系统基础-进程间通信(3)_模拟实现匿名和命名管道

收录于专栏[Linux学习]
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目录

1. 模拟实现匿名管道 

实现的功能 :

实现方法 :

1. 获取消息的函数

2. 子进程写入模块

3. 父进程读取模块

4. 主函数

2. 效果展示: 

---

1. 模拟实现匿名管道 

实现的功能 :

通过管道实现进程间通信, 父子进程之间的数据传输是单向的 (父进程只读, 子进程只写) 

实现方法 :

1. 获取消息的函数

功能 : 生成一个包含消息ID 和当前进程ID 的字符串, 作为子进程发送给父进程的消息的一部分.

std::string getOtherMessage()
{
    static int cnt = 0;
    std::string messageid = std::to_string(cnt); //stoi -> string -> int
    cnt++;
    pid_t self_id = getpid();
    std::string stringpid = std::to_string(self_id);

    std::string message = "messageid:";
    message += messageid;
    message += "my pid is : ";
    message += stringpid;

    return message;
}

 这个函数的核心目的是生成一个包含唯一消息ID和当前进程ID的字符串, 用于进程间通信或调试输出, 通过使用静态变量cnt, 每次调用该函数时都能生成唯一的消息ID, 而通过getpid()函数获取当前进程的PID, 可以帮助识别消息的来源进程. 

这种机制在多进程编程中非常有用, 特别是在使用管道, 信号量或其他IPC (进程间通信) 机制时.

2. 子进程写入模块

功能 : 子进程通过管道向父进程写入

void SubProcessWrite(int wfd)
{
    std::string message = "father, I am your son process!";
    while(true)
    {
        std::cerr << "++++++++++++++++++++++++++++++++++++++" << std::endl;
        std::string info = message + getOtherMessage(); //这条消息, 就是我们子进程发给父进程的消息
        write(wfd, info.c_str(), info.size());//写入管道的时候, 没有写入\0, 有没有必要

        std::cerr << info << std::endl;
    }
    std::cout << "child quit ..." << std::endl;
}

关于\0问题 : 

\0 字符: 在 C++ 中，字符串是以 null 字符 \0 结尾的。write() 函数写入的是指定长度的字节（由 info.size() 决定），因此不需要显式写入 \0。当父进程读取这条消息时，读取的字节数是已知的，所以不需要依赖字符串的结尾。

使用标准错误流打印的原因:

1. 区分标准输出和错误输出

std::cerr 是标准错误流，用于输出错误信息或调试信息，而 std::cout 是标准输出流，用于正常的程序输出。

将调试信息或错误信息发送到 std::cerr，可以清晰地将这些信息与正常的程序输出区分开来。这在复杂程序中尤其重要，因为它有助于在审查日志时快速识别问题。

2. 输出缓冲机制

std::cout 通常是带缓冲的输出流，可能会因为缓冲区未满而延迟输出信息。这在某些情况下可能导致调试信息不能立即看到。

相比之下，std::cerr 是不带缓冲的，意味着信息会立即被输出。这在调试过程中非常有用，因为你希望能即时看到任何错误或状态信息，而不是等到缓冲区填满。

3. 调试和监控

在开发和调试过程中，使用 std::cerr 输出调试信息（如进程状态、错误信息等）是个常见做法，可以帮助开发者实时监控程序的运行状态。

如果程序崩溃或出现异常，std::cerr 中的输出通常会被保留下来，而 std::cout 的输出可能因为程序的崩溃而丢失。

总结: 

功能: SubProcessWrite 函数的主要目的是通过管道向父进程发送消息。它构造了一条包含固定消息和动态消息的字符串，并通过管道不断地发送。

3. 父进程读取模块

功能 : 父进程从管道中读取子进程发送的消息

void FatherProcessRead(int rfd)
{
    char inbuffer[size];
    while(true)
    {
        sleep(2);
        std::cout << "------------------------------------" << std::endl;
        size_t n = read(rfd, inbuffer, sizeof(inbuffer) - 1);//sizeof(inbuffer) -> strlen(inbuffer)
        if(n > 0)
        {
            inbuffer[n] = 0; // == '\0'
            std::cout << inbuffer << std::endl;
        }
        else if(n == 0)
        {
            //如果read返回值是0, 表示写端直接关闭了, 我们读到了文件的结尾
            std::cout << "client quit father get return val: " << n << "father quit too!" << std::endl;
            break;
        }
        else if(n < 0)
        {
            std::cerr << "read error" << std::endl;
            break;
        }
    }
}

FatherProcessRead 函数的主要目的是从子进程通过管道读取数据并输出到标准输出。它处理三种读取结果：正常读取、读到文件结束和读取错误 

4. 主函数

功能 : 管理进程的创建和管道的操作

int main()
{
    // 1. 创建管道
    int pipefd[2];
    int n = pipe(pipefd); // 输出型参数, rfd, wfd
    if (n != 0)
    {
        std::cerr << "errno: " << errno << ": " << "errstring : " << strerror(errno) << std::endl;
        return 1;
    }
    //pipefd[0] -> 0 -> r(读) pipefd[1] -> 1 -> w(写)
    std::cout << "pipefd[0]: " << pipefd[0] << ", pipefd[1]: " << pipefd[1] << std::endl;
    sleep(1);

    //2. 创建子进程
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        std::cout << "子进程关闭不需要的fd了, 准备发消息了" << std::endl;
        sleep(1);
        //子进程 --- write
        //3. 关闭不需要的fd
        close(pipefd[0]);

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

    std::cout << "父进程关闭不需要的fd了, 准备收消息了" << std::endl;
    sleep(1);
    //父进程 --- read
    //3. 关闭不需要的fd
    close(pipefd[1]);
    FatherProcessRead(pipefd[0]);
    std::cout << "5S, father close rfd" << std::endl;
    sleep(5);
    close(pipefd[0]);

    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
    if(rid > 0)
    {
        std::cout << "wait child process done, exit sig : " << (status&0x7f) << std::endl;
        std::cout << "wait child process done, exit code(ign) : " << ((status >> 8)& 0xFF) << std::endl; 
    }
    return 0;
}

pipefd: 这是一个整数数组，pipefd[0] 用于读取数据（读端），pipefd[1] 用于写入数据（写端）。

pipe(): 创建管道，如果成功则返回 0，并将读端和写端的文件描述符分别存储在 pipefd[0] 和 pipefd[1] 中。

fork(): 创建一个子进程。返回值 id 为 0 表示当前进程是子进程。 

调用 SubProcessWrite(pipefd[1])，假设这个函数负责将数据写入管道。

写入完成后，关闭写端 pipefd[1]，并通过 exit(0) 结束子进程。

父进程关闭管道的写端 pipefd[1]，因为它只需要读取数据。

调用 FatherProcessRead(pipefd[0])，假设这个函数负责从管道中读取数据。

等待子进程结束并获取状态 :

waitpid(): 等待子进程结束并获取其状态。

状态处理:

status & 0x7f 用于获取子进程的退出信号。

((status >> 8) & 0xFF) 用于获取子进程的退出码。

如果成功，输出子进程的退出信号和退出码。

2. 效果展示: 

将我们的程序编译运行 :