TCP/IP网络编程 第十一章:进程间通信

进程间通信的基本概念

在上一章中我们讲到，进程自身有独立的内存空间，进程之间是相互独立的存在。因此在没有任何机制的支持下，我们可以将进程看作相互孤立的存在。

但是进程之间在某种程度上也是要“交流”的，下面正式介绍进程间通信的方法.

通过管道实现进程间通信

为了完成进程间通信，需要创建管道。管道并非属于进程的资源，而是和套接字一样，属于操作系统(也就不是fork函数的复制对象）。所以，两个进程通过操作系统提供的内存空间进行通信。下面介绍创建管道的函数。

#include<unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);//成功时返回0，失败时返回-1。
    filedes[0]  //通过管道接收数据时使用的文件描述符，即管道出口。
    filedes[1]  //通过管道传输数据时使用的文件描述符，即管道入口。

以2个元素的int数组地址值作为参数调用上述函数时，数组中存有两个文件描述符，它们将被用作管道的出口和入口。父进程调用该函数时将创建管道，同时获取对应于出入口的文件描述符，此时父进程可以读写同一管道（相信大家也做过这样的实验)。但父进程的目的是与子选程进行数据交换，因此需要将入口或出口中的1个文件描述符传递给子进程。如何完成传递呢？答案就是调用fork函数。通过下列示例进行演示。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>#
define BUF_SIZE 30

int main(int argc, char *argv[]){
    int fds[2];
    char str[]="who are you?";
    char buf[BUF_SIZE];
    pid_t pid;

    pipe(fds);
    pid=fork();
    if(pid==0)write(fds[1], str, sizeof(str));
    else{
       read(fds[0], buf, BUF_SIZE);
       puts(buf);
    }
    return 0;
}

上述代码的重点在于，父子进程都可以访问管道的IO路径，但子进程仅用输入路径，父进程仅用输出路径。

通过管道进行进程间双向通信

先给出示例代码稍作讨论

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#define BUF_SIZE 30

int main(int argc, char *argv[]){
    int fds[2];
    char str1[]="who are you?";
    char str2[]="Thank you for your message";
    char buf[BUF_SIZE];
    pid_t pid;

    pipe(fds);
    pid=fork();
    if(pid==0){
       write(fds[1], str1, sizeof(str1));
       sleep(2);
       read(fds[0], buf, BUF_SIZE);
       printf("Child proc output: %s \n",buf);
    }
    else{
       read(fds[0], buf, BUF_SIZE);
       printf("Parent proc output: %s \n",buf);
       write(fds[1], str2, sizeof(str2));
       sleep(3);
    }
return 0;
}

运行结果应该和大家的预想一致。这次注释第18行代码后再运行（务必亲自动手操作）。虽
然这行代码只将运行时间延迟了2秒，但已引发运行错误。产生原因是什么呢？
“向管道传递数据时，先读的进程会把数据取走。”

这里管程是操作系统分配的一个地址空间，它不属于那两个进程。那么两个程序在运行时，一个进程将内容放入这个"无主之地"。如果放入的这一方不等待几秒而是直接往下运行，那么反而它自己放入的内容被自己取走了。时间片耗尽后，轮到另一个进程时，它便会被无限期的堵塞在读取的函数中，因此产生错误。

从上述示例中可以看到，只用1个管道进行双向通信并非易事。为了实现这一点，程序需要预测并控制运行流程，这在每种系统中都不同，可以视为不可能完成的任务。既然如此，该如何进行双向通信呢？
“创建2个管道。”

非常简单，1个管道无法完成双向通信任务，因此需要创建2个管道，各自负责不同的数据流
动即可。

下面是示例代码

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#define BUF_SIZE 30

int main(int argc, char *argv[]){
    int fds1[2], fds2[2];
    char stri[]="who are you?";
    char str2[]="Thank you for your message";
    char buf[BUF_SIZE];
    pidt pid;

    pipe(fds1), pipe(fds2);
    pid=fork();
    if(pid==0){
       write(fds1[1], str1, sizeof(str1));
       read(fds2[0], buf, BUF_SIZE);
       printf("Child proc output: %s \n", buf);
    }
    else{
       read(fds1[0], buf, BUF_SIZE);
       printf("Parent proc output: %s \n", buf);
       write(fds2[1], str2, sizeof(str2));
       sleep(3);
    }
return 0;
}

运用进程间通信

保存消息的回声服务器端

下面扩展第10章的回声服务器端，添加如下功能：“将回声客户端传输的字符串按序保存到文件中。”

我希望将该任务委托给另外的进程。换言之，另行创建进程，从向客户端提供服务的进程读
取字符串信息。当然，该过程中需要创建用于接收数据的管道。
下面给出示例。该示例可以与任意回声客户端配合运行。

#include <'头声明与第10章的示例一致。'>
#define BUF_SIZE 100
void error_handling(char *message);
void read_childproc(int sig);

int main(int argc, char *argv[]){
    int serv_sock, clnt_sock;
    struct sockaddr_in serv_adr, cint_adr;
    int fds[2];
    pid_t pid;
    struct sigaction act;
    socklen_t adr_sz;
    int str_len, state;
    char buf[BUF_SIZE];

    if(argc!=2) {
       printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
       exit(1);
    }

    act.sa_handler=read_childproc;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags=0;
    state=sigaction(SIGCHLD, &act, 0);

    serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family=AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(serv_sock,(struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
        error_handling("bind() error");
    if(listen(serv_sock,5)==-1)
        error_handiing("listen() error");

    pipe(fds);
    pid=fork();
    if(pid==0){
         FILE *fp=fopen("echomsg.txt","wt");
         char msgbuf[BUF_SIZE];
         int i, len;
         for(i=0;i<10;i++){
             len=read(fds[0], msgbuf, BUF_SIZE);
             fwrite((void*)msgbuf,1, len, fp);
         }
         fclose(fp);
         return 0;
    }


    while(1){
         adr_sz=sizeof(clnt_adr);
         clnt_sock=accept(serv_sock,(struct sockaddr*)&clnt_adr, &adr_sz);
         if(clnt_sock==-1)
             continue;
         else
             puts("new client connected...");
         pid=fork();
         if(pid==0){
             close(serv_sock);
             while((str_len=read(clnt_sock, buf, BUF_SIZE))!=0){
             write(clnt_sock, buf, str_len);//回声
             write(fds[1], buf, str_len);   //记录消息
         }
         close(clnt_sock);
         puts("client disconnected...");
         return 0;
         }
         else close(clnt_sock);
         }
         close(serv_sock);
         return 0;
}

void read_childproc(int sig){
//与上一章示例一致，故省略。
}

void error_handling(char* message){
//与上一章示例一致，故省略。
}