进程间的通信方式——pipe（管道）

from：https://blog.csdn.net/skyroben/article/details/71513385

1.进程间通信

   每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。

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不同进程间的通信本质：进程之间可以看到一份公共资源；

而提供这份资源的形式或者提供者不同，造成了通信方式不同，而 pipe就是提供这份公共资源的形式的一种。

2.匿名管道

2.1管道的创建

   管道是由调用pipe函数来创建

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#include <unistd.h>
int pipe (int fd[2]);
                         //返回:成功返回0，出错返回-1     

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 fd参数返回两个文件描述符,fd[0]指向管道的读端,fd[1]指向管道的写端。fd[1]的输出是fd[0]的输入。

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2.2管道如何实现进程间的通信

（1）父进程创建管道，得到两个⽂件描述符指向管道的两端

（2）父进程fork出子进程，⼦进程也有两个⽂件描述符指向同⼀管道。

（3）父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1]，即⽗进程关闭管道读端,⼦进程关闭管道写端（因为管道只支持单向通信）。⽗进程可以往管道⾥写,⼦进程可以从管道⾥读,管道是⽤环形队列实现的,数据从写端流⼊从读端流出,这样就实现了进程间通信。 

2.3如和用代码实现管道通信

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1. #include <stdio.h>  
2. #include <unistd.h>  
3. #include <string.h>  
4. #include <errno.h>  
5. int main()  
6. {  
7.     int fd[2];  
8.     int ret = pipe(fd);  
9.     if (ret == -1)  
10.     {  
11.         perror(”pipe error\n”);  
12.         return 1;  
13.     }  
14.     pid_t id = fork();  
15.     if (id == 0)  
16.     {//child  
17.         int i = 0;  
18.         close(fd[0]);  
19.         char *child = “I am  child!”;  
20.         while (i<5)  
21.         {  
22.             write(fd[1], child, strlen(child) + 1);  
23.             sleep(2);  
24.             i++;  
25.         }  
26.     }  
27.     else if (id>0)  
28.     {//father  
29.         close(fd[1]);  
30.         char msg[100];  
31.         int j = 0;  
32.         while (j<5)  
33.         {  
34.             memset(msg,’\0’,sizeof(msg));  
35.             ssize_t s = read(fd[0], msg, sizeof(msg));  
36.             if (s>0)  
37.             {  
38.                 msg[s - 1] = ’\0’;  
39.             }  
40.             printf(”%s\n”, msg);  
41.             j++;  
42.         }  
43.     }  
44.     else  
45.     {//error  
46.         perror(”fork error\n”);  
47.         return 2;  
48.     }  
49.     return  0;  
50. }  

运行结果：

每隔2秒打印一次I am child!        并且打印了五次。

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2.4管道读取数据的四种的情况

（1）读端不读，写端一直写 

（2）写端不写，但是读端一直读 

（3）读端一直读，且fd[0]保持打开，而写端写了一部分数据不写了，并且关闭fd[1]。 

如果一个管道读端一直在读数据，而管道写端的引⽤计数⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只读不写会导致管道堵塞。

（4）读端读了一部分数据，不读了且关闭fd[0]，写端一直在写且f[1]还保持打开状态。

[cpp]  view plain  copy

1. #include <stdio.h>  
2. #include <unistd.h>  
3. #include <string.h>  
4. #include <errno.h>  
5. int main()  
6. {  
7.     int fd[2];  
8.     int ret = pipe(fd);  
9.     if (ret == -1)  
10.     {  
11.         perror(”pipe error\n”);  
12.         return 1;  
13.     }  
14.     pid_t id = fork();  
15.     if (id == 0)  
16.     {//child  
17.         int i = 0;  
18.         close(fd[0]);  
19.         char *child = “I am  child!”;  
20.         while (i<10)  
21.         {  
22.             write(fd[1], child, strlen(child) + 1);  
23.             sleep(2);  
24.             i++;  
25.         }  
26.     }  
27.     else if (id>0)  
28.     {//father  
29.         close(fd[1]);  
30.         char msg[100];  
31.         int status = 0;  
32.         int j = 0;  
33.         while (j<5)  
34.         {  
35.             memset(msg, ’\0’, sizeof(msg));  
36.             ssize_t s = read(fd[0], msg, sizeof(msg));  
37.             if (s>0)  
38.             {  
39.                 msg[s - 1] = ’\0’;  
40.             }  
41.             printf(”%s  %d\n”, msg, j);  
42.             j++;  
43.         }  
44.         //写方还在继续,而读方已经关闭它的读端  
45.         close(fd[0]);  
46.         pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);  
47.         printf(”exitsingle(%d),exit(%d)\n”, status & 0xff, (status >> 8) & 0xff);  
48.         //低八位存放该子进程退出时是否收到信号  
49.         //此低八位子进程正常退出时,退出码是多少  
50.     }  
51.     else  
52.     {//error  
53.         perror(”fork error\n”);  
54.         return 2;  
55.     }  
56.     return  0;  
57. }  

运行结果：

使用kill -l 查看13号信号，可以知道13号信号代表SIGPIPE。

总结： 
如果一个管道的写端一直在写，而读端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只写不读再次调用write会导致管道堵塞； 
如果一个管道的读端一直在读，而写端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞，引用计数大于0，只读不写再次调用read会导致管道堵塞； 
而当他们的引用计数等于0时，只写不读会导致写端的进程收到一个SIGPIPE信号，导致进程终止，只写不读会导致read返回0,就像读到⽂件末尾⼀样。

2.5管道特点

1.管道只允许具有血缘关系的进程间通信，如父子进程间的通信。

2.管道只允许单向通信。

3.管道内部保证同步机制，从而保证访问数据的一致性。

4.面向字节流

5.管道随进程，进程在管道在，进程消失管道对应的端口也关闭，两个进程都消失管道也消失。

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2.6管道容量大小

测试管道容量大小只需要将写端一直写，读端不读且不关闭fd[0],即可。 
测试代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
    int fd[2];
    int ret = pipe(fd);
    if (ret == -1)
    {
        perror("pipe error\n");
        return 1;
    }
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {//child
        int i = 0;
        close(fd[0]);
        char *child = "I am  child!";
        while (i++)
        {
            write(fd[1], child, strlen(child) + 1);
            printf("pipe capacity: %d\n", i*(strlen(child) + 1));
        }
        close(fd[1]);
    }
    else if (id>0)
    {//father
        close(fd[1]);
        waitpid(id, NULL, 0);
    }
    else
    {//error
        perror("fork error\n");
        return 2;
    }
    return  0;
}

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可以看到写到65520之后管道堵塞了，而65520即为64K大小即为管道的容量。 

进程间通信方式———信号量（Semaphore） 
http://blog.csdn.net/skyroben/article/details/72513985

进程间通信方式———消息队列 
http://blog.csdn.net/skyroben/article/details/72520501

进程间通信方式——共享内存 
http://blog.csdn.net/skyroben/article/details/72625028

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