【Linux】匿名管道与命名管道，进程池的简易实现

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前言

一、匿名管道

#include <unistd.h>
功能:创建一无名管道
原型
int pipe(int fd[2]);
参数：
fd：文件描述符数组,其中fd[0]表示读端, fd[1]表示写端
返回值:成功返回0，失败返回错误代码

1.管道原理

本质是先让不同的进程看到同一份资源，也就是两个进程都能对管道文件的缓冲区进行操作

这里我们pipe的时候，会使用两个文件描述符，这两个文件描述里面存的file结构体是同一个，也就是管道文件的file结构体，file结构体中存储有inode以及系统缓冲区，此时fork一个子进程，子进程有着和父进程一样的结构，
这里有一个非常重要的点虽然子进程有着自己的进程地址空间，也有着自己存储file结构体的指针数组，但是其数组里面的内容是和父进程一样的，也就是子进程里面pipe对应的文件描述符位置指向的file结构体（管道文件）是同一个，至此我们父子进程就看到了同一个资源，可以利用这个资源进行通信

两个不同的进程打开同一份文件的时候，在内核中，操作系统只会打开一个

2.管道的四种情况

1.读写端正常，管道如果为空，读端就要阻塞
读写端正常，管道如果被写满，写端就要阻塞
2.读端正常读，写端关闭，读端就会读到0，表明读到了管道文件的结尾，不会被阻塞，如果我们打印读端读到的内容，显示器会一直显示0
3.写端正常写入，读端关闭，操作系统会杀掉此时正在写入的进程（通过信号来杀掉）
4.因为操作系统不会做低效，浪费的事情，我读端都不读了，你写入再多数据到一个管道里面有什么用，因为管道不占用磁盘内存，所以程序结束后，就没有管道的存在了。

当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。
当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。

3.管道的特点

1.只能用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进行通信；通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父、子进程之间就可应用该管道。
2.管道提供流式服务
3.一般而言，进程退出，管道释放，所以管道的生命周期随进程
4.一般而言，内核会对管道操作进行同步与互斥
5.管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道

二、命名管道

1. 特点

1.管道应用的一个限制就是只能在具有共同祖先（具有亲缘关系）的进程间通信。
2.如果我们想在不相关的进程之间交换数据，可以使用FIFO文件来做这项工作，它经常被称为命名管道
3.命名管道是一种特殊类型的文件

2.创建命名管道

1.在命令行上

 mkfifo  +文件名

2.在程序中

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

int main(int argc, char *argv[])
{
    
    
 mkfifo("p2", 0644);
 return 0;
}

3.一个程序执行打开管道并不会真正打卡

我们执行这个程序发现并没有打印那句话，说明管道文件并没有真正打开，只有当我们执行另一个我们要通信的文件的时候，管道才会真正打开

三、进程池简易实现

1.makefile

ProcessPool:ProcessPool.cpp
	g++ -o $@ $^ -std=c++11  -g

.PHONY:clean
clean:
	rm -rf ProcessPool

2.Task.hpp

 #pragma once
#include<functional>
 #include<vector>
 #include<iostream>
 using namespace std;
 

void task1()
{
    
    
    std::cout << "lol 刷新日志" << std::endl;
}
void task2()
{
    
    
    std::cout << "lol 更新野区，刷新出来野怪" << std::endl;
}
void task3()
{
    
    
    std::cout << "lol 检测软件是否更新,如果需要，就提示用户" << std::endl;
}
void task4()
{
    
    
    std::cout << "lol 用户释放技能，更新用的血量和蓝量" << std::endl;
}


void LoadTask(vector<function<void()>>*tasks){
    
    
tasks->push_back(task1);
tasks->push_back(task2);
tasks->push_back(task3);
tasks->push_back(task4);
return ;
}

3.ProcessPool.cpp

我们创建processnum个子进程，让父进程来写，子进程来读，子进程读到任务号后进行对应的处理。

#include <iostream>
#include "Task.hpp"
#include <assert.h>
#include <vector>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>

using namespace std;
vector<function<void()>> tasks;
const int processnum = 10;//创建的子进程数
class channel
{
    
    
public:
    channel(  string processname,  pid_t slaverid,int cmdcode)
        : _processname(processname), _cmdfd(cmdcode), _slaverid(slaverid)
    {
    
    
    }

public:
    string _processname;//执行任务的进程名

    pid_t _slaverid;//执行任务的进程pid

    int _cmdfd;//朝几号管道去操作
};

void Menu()
{
    
    
    std::cout << "################################################" << std::endl;
    std::cout << "# 1. 刷新日志             2. 刷新出来野怪        #" << std::endl;
    std::cout << "# 3. 检测软件是否更新      4. 更新用的血量和蓝量  #" << std::endl;
    std::cout << "#                         0. 退出               #" << std::endl;
    std::cout << "#################################################" << std::endl;
}

void slaver()
{
    
    
    int cmdcode;
    while (true)
    {
    
    
        int n = read(0, &cmdcode, sizeof(int));//读取任务码
        if (n == sizeof(int))
        {
    
    
            cout << "slaver say get a command " << getpid() << " cmdcode:  " << cmdcode << endl;
            if (cmdcode >= 0 && cmdcode < tasks.size())
                tasks[cmdcode]();//执行任务
        }
        else if (n == 0)//为0，说明读到文件末尾，之间break
            break;
    }
}
void InitProcessPool(vector<channel> *channels)
{
    
    
    for (int i = 0; i < processnum; i++)
    {
    
    
        int pipefd[2] = {
    
    0};
        int n = pipe(pipefd);
        //使用两个文件描述符指向同一个管道文件
        assert(!n);
        pid_t id = fork();

        if (id == 0)//子进程
        {
    
    
            close(pipefd[1]);//关闭写文件
            dup2(pipefd[0], 0);//将读文件重定向到标准输入的位置
            close(pipefd[0]);//关闭当前读文件，因为我们后续用标准输入的下标就行了
            slaver();//子进程读取任务码
            exit(0);
        }
        string name = "processname " + to_string(i);//子进程名字
        channels->push_back(channel(name, id, pipefd[1]));//子进程pid,这个子进程
        //与父进程之间的管道文件描述符下标记录下来

        // father
        close(pipefd[0]);//关闭读文件
    }
}

void ctrlProcess(vector<channel> &channels)
{
    
    
    int which = 0;
//我们循环调用各个子进程，which为子进程的下标
    while (true)
    {
    
    
         Menu();
        int select = 0;
        cin >> select;
        
        cout << "Please Enter@ ";
        if (select <= 0 || select >= 5)
            break;
        int cmdcode = select - 1;

        cout << "father say task have sent to " << channels[which]._processname << "  cmdcode : " << cmdcode << endl;
        write(channels[which]._cmdfd, &cmdcode, sizeof(int));//写入指令
        which++;
        which %= channels.size();
    }
}

void QuitProcess(const vector<channel> channels)
{
    
    
    //方法一：
    for (const auto &c : channels)
        close(c._cmdfd);

    for (const auto &c : channels)
        waitpid(c._slaverid, nullptr, 0);

    //方法二：
    //for(int i=channels.size()-1;i>=0;i--){
    
    
      //  close(channels[i]._cmdfd);
        //waitpid(channels[i]._slaverid,nullptr,0);//阻塞等待
    //}
}

int main()
{
    
    

    vector<channel> channels;//管理管道的数组
    LoadTask(&tasks);//加载任务
    InitProcessPool(&channels);//初始化进程池
    ctrlProcess(channels);//输入任务命令
    QuitProcess(channels);//中止进程
    return 0;
}

如果等待和close在一个循环中会发生阻塞，因为我一号管道虽然父进程那里写关闭了，但依旧有子进程2，3指向这个管道为写