TCP/IP网络编程 (十一)：进程间通信

进程间通信的基本概念

进程间通信意味着两个不同进程间可以交换数据，操作系统中应提供两个进程可以同时访问的内存空间。

 

通过管道实现进程间通信

基于管道(PIPE)的进程间通信结构模型：

                                                

通过管道完成进程间通信。管道不是进程的资源，属于操作系统的。两个进程通过操作系统提供的内存空间进行通信。

创建管道的函数：

父进程调用该函数时创建管道，同时获取对应于出入口的文件描述符。父进程的目的是与子进程进行数据交换，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。调用fork函数传递。

 

示例：pipe1.c

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#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);				//创建管道,fds数组中保存用于I/O的文件描述符
	pid = fork();			//子进程将同时拥有管道的I/O文件描述符。
	if (pid == 0)
	{
		write(fds[1],str,sizeof(str));		//fds[1]为管道入口
	}
	else 
	{
		read(fds[0],buf,BUF_SIZE);			//fds[0]为管道出口	
		puts(buf);
	}
	return 0;
}

运行结果：

 

 

上例中，父子进程都可以访问管道的I/O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

管道进行双向数据交换的通信方式：

                                        

示例：pipe2.c

/* 双向通信的管道 */
#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));		//传输数据
		sleep(2);                               //睡眠两秒，避免被下一行的read函数读取了数据。
		read(fds[0],buf,BUF_SIZE);
		printf("Child proc output: %s \n",buf);	//接收数据
	}
	else 
	{
		read(fds[0],buf,BUF_SIZE);				//接收数据
		printf("Parent proc output: %s \n",buf);
		write(fds[1],str2,sizeof(str2));		//传输数据
		sleep(3);		//睡眠,防止父进程在子进程输出之前结束
	}
	return 0;
}

运行结果：

 

在管道中，先通过read函数读取数据的进程将得到数据。这就是19行使用sleep函数的原因所在。

 

只用1个管道进行双向通信并非易事，需要预测并控制运行流程。因此创建2个管道完成双向通信，各自负责不同的数据流动即可：

                                            

由上图可知，是用2个管道可以避免程序流程的预测或控制。

 

示例: pipe3.c

/* 双管道实现进程间通信 */
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#define BUF_SIZE 30

int main(int argc,char *argv[])
{
	int fds1[2],fds2[2];
	char str1[] = "Who are you?";
	char str2[] = "Thank you for your message!";
	char buf[BUF_SIZE];
	pid_t pid;

	pipe(fds1), pipe(fds2);						//创建两个管道
	pid = fork();
	if (pid == 0)
	{
		write(fds1[1],str1,sizeof(str1));	//子进程通过数组fds1传输数据
		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));	//父进程通过数组fds2传输数据
		sleep(3);
	}
	return 0;
}

运行结果:

 

 

运用进程间通信

保存消息的回声服务器端

扩展echo_mpserv.c，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。”

/* 实现并发服务器端 */
/* echo_storeserv.c */
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<sys/wait.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 100
void error_handling(char *message)
{
	fputs(message,stderr);
	fputc('\n',stderr);
	exit(1);
}

/* Handler */
void read_childproc(int sig)
{
	pid_t pid;
	int status;
	pid = waitpid(-1,&status,WNOHANG);
	printf("removed proc id: %d \n",pid);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int serv_sock, clnt_sock;
	struct sockaddr_in serv_adr, clnt_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;			//设置信号处理函数
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	act.sa_flags = 0;
	state = sigaction(SIGCHLD,&act,0);			//子进程终止时调用Handler
	
	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_handling("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);	//从管道出口fds[0]读取数据并保存到文件中
			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)		//子进程运行区域
		{
			close(serv_sock);
			while((str_len = read(clnt_sock,buf,BUF_SIZE)) != 0)
			{	
				write(clnt_sock,buf,str_len);
				write(fds[1],buf,str_len);		//将从客户端接收到的数据写入到管道入口fds[1]中
			}

			close(clnt_sock);
			puts("client disconnected...");
			return 0;		//调用Handler
		}
		else				//父进程运行区域
			close(clnt_sock);
	}
	close(serv_sock);
	return 0;
} 

运行结果自行测试(可开多个客户端多进程传输，结果保存在echomsg.txt)