进程间通信（1）

一、进程间通信介绍
1、进程通信的目的
（1）数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。
（2）资源共享：多个进程之间共享同样的资源。
（3）通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送信息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
（4）进程控制：有些进程需要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变化。

2、进程通信的发展
（1）管道
（2）System V进程间通信
（3）POSIX进程间通信

3、进程通信的分类
（1）管道
1）匿名管道pipe
2）命名管道

（2）System V IPC
1）System V消息队列
2）System V共享内存
3）System V信号量

（3）POSIX IPC
1）消息队列
2）共享内存
3）信号量
4）互斥量
5）条件变量
6）读写锁

二、管道
1、管道的含义：
管道是Unix中最古老的进程间通信的形式。我们把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个“管道”。
【例】
这里写图片描述
如图所示：

2、匿名管道
（1）原型：
int pipe(int fd[2]);存放在

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>

int main(void)
{
    int fds[2];
    char buf[100];
    int len;

    if(pipe(fds) == -1)
        perror("make pipe"), exit(1);

    //read from stdin
    while(fgets(buf, 100, stdin)){
        len = strlen(buf);
        //write into pipe
        if(write(fds[1], buf, len) != len){
            perror("write to pipe");
            break;
        }
        memset(buf, 0x00, sizeof(buf));

        //read to pipe
        if((len = read(fds[0], buf, 100)) == -1){
            perror("read from pipe");
            break;
        }

        //write to stdout
        if(write(1, buf, len) != len){
            perror("write to stdout");
            break;
        }
    }
}

运行结果为：
这里写图片描述

3、理解管道
（1）用fork来分析管道原理，如下图所示：
这里写图片描述

（2）从文件描述符角度理解管道
1）父进程创建管道
这里写图片描述

2）父进程fork出子进程
这里写图片描述

3）父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1]
这里写图片描述

（3）从内核角度理解管道
看待管道就如同看待文件一样，管道的使用和文件一致，迎合了“在Linux中，一切皆为文件的思想”。

（4）实例代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int pipefd[2];
    if(pipe(pipefd) == -1)
        perror("pipe error!");

    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid == -1)
        perror("fork error!");

    if(pid == 0){
        close(pipefd[0]);
        write(pipefd[1], "hello", 5);
        close(pipefd[1]);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

    close(pipefd[1]);
    char buf[10] = {0};
    read(pipefd[0], buf, 10);
    printf("buf=%s\n", buf);

    return 0;
}

运行结果为：
这里写图片描述

4、管道读写规则
（1）当没有数据可读时
1）O_NONBLOCK disable：read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止。
2）O_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。

（2）当管道满的时候
1）O_NONBLOCK disable：write调用阻塞，直到有进程读走数据。
2）O_NONBLOCK enable：调用返回-1，error值为EAGAIN。

（3）注意：
1）如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0；
2）如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE，进而可能导致write进程退出。
3）当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，Linux将保证写入的原子性。
4）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。

5、管道特点
（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，一个管道有一个进程创建，然后由该进程调用fork，此后父子进程之间就可应用该管道进行数据传送。
（2）一般而言，进程退出，管道释放，所以管道的生命随进程。
（3）一般而言，内核会对管道操作进行同步与互斥。
（4）管道是半双工的，数据只能从一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道。如下图所示：
这里写图片描述

6、命名管道
（1）命名管道的作用
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。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。命名管道是一种特殊的文件。

（2）命名管道的创建
1）命名管道可以从命令行上创建
如：$ mkfifo filename

2)命名管道也可以从程序里创建，相关函数有：
如：int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);
创建命名管道如下：

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

（3）匿名管道和命名管道的区别
1）匿名管道有pipe函数创建并打开。
2）命名管道有mkfifo函数创建，打开用open。
3）FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在于它们创建于打开的方式不同，一旦这些工作完成之后，它们具有相同的语义。

（4）命名管道的打开规则
1）为读而打开
O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为写打开该FIFO。
O_NONBLOCK enable：立刻返回成功。

2）为写而打开
O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO。
O_NONBLOCK enable：立刻返回失败，错误码为ENXIO。

（5）实例代码
【例】用命名管道实现文件拷贝
1）读取文件，写入命名管道。从文件“ipc1.c”中拷贝到文件“file”中。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>

int main(int argc, int *argv[])
{
    mkfifo("tp", 0644);
    int infd;
    infd = open("ipc1.c", O_RDONLY);
    if(infd == -1)
        perror("open error!");

    int outfd;
    outfd = open("file", O_WRONLY);
    if(outfd == -1)
        perror("open error!");

    char buf[1024];
    int n;
    while((n = read(infd, buf, 1024)) > 0)
    {
        write(outfd, buf, n);
    }
    close(infd);
    close(outfd);
    return 0;
}

2）读取管道，写入目标文件

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int outfd;
    outfd = open("abc.bak", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if(outfd == -1)
        perror("open error!");

    int infd = open("tp", O_RDONLY);
    if(outfd == -1)
        perror("open error!!");

    char buf[1024];
    int n;
    while((n=read(infd, buf, 1024)) > 0)
    {
        write(outfd, buf, n);
    }
    close(infd);
    close(outfd);
    unlink("tp");
    return 0;
}

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