前言
本文为笔者学习笔记，若有不妥之处，欢迎斧正。
一、进程间通信的概述
进程间通信也称为IPC技术。作用是：使进程之间相互通信的技术。
进程间通信的目的：
- 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程，发送的数据量在一个字节到几兆字节之间。
- 共享数据：多个进程想要操作共享数据，一个进程对共享数据的修改，别的进程应该立刻看到。
- 通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
- 资源共享：多个进程之间共享同样的资源。为了做到这一点，需要内核提供锁和同步机制。
- 进程控制：有些进程希望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改变。
进程间通信的方式有：管道（pipe或FIFO）、消息队列、信号量、共享内存、信号和网络套接字。
二、管道概述
1.无名管道（pipe）
管道( pipe )：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
注意：通常我们说的管道就是无名管道，是UNIX系统IPC最古老的进程通信方式。
无名管道的特点：
- 半双工（数据只能单向流动），具有固定的读端和写端。
- 只能使用在具有血缘关系的进程之间通信。（父子进程或者兄弟进程）
- 可以看成一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用read、write等函数操作。但是它不是普通的文件，不属于任何文件系统，存在于内存当中。
函数原型：
#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);
函数作用：创建一个无名管道。进行两个进程间的通信。
参数说明：在建立管道时，会创建两个文件描述符
- fd[0]为读端
- fd[1]为写端
返回值：成功返回0，失败返回-1
注意事项：千万注意不以文件的形式存在，而是存放在内存中。
管道机制需要提供一下几点的协调能力
1.互斥，即当一个进程正在对pipe执行读/写操作时，其它进程必须等待
2.同步，当一个进程将一定数量的数据写入，然后就去睡眠等待，直到读进程将数据取走，再去唤醒。读进程与之类似
3.确定对方是否存在
代码演示：父进程给子进程发消息
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
int fd[2];
char buf[64]={
0};
if(pipe(fd) == -1)
{
perror("pipe failed：");
exit(-1);
}
if((pid=fork()) == -1)
{
perror("fork failed：");
exit(-1);
}
if(pid >0)
{
printf("this is father\n");
close(fd[0]);
write(fd[1],"hello my son",strlen("hello my son"));
wait(NULL);
}
else if(pid == 0)
{
printf("this is son\n");
close(fd[1]);
read(fd[0],buf,64);
printf("from father context:%s\n",buf);
exit(0);
}
return 0;
}
运行结果：
this is father
this is son
from father context:hello my son
代码演示：子进程给父进程发消息
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
int fd[2];
char buf[64];
memset(buf,'\0',64);
if(pipe(fd) == -1)
{
perror("pipe failed：");
exit(-1);
}
if((pid=fork()) == -1)
{
perror("fork failed：");
exit(-1);
}
if(pid >0)
{
wait(NULL);
printf("this is father\n");
close(fd[1]);
read(fd[0],buf,64);
printf("form son context:%s\n",buf);
}
else if(pid == 0)
{
printf("this is son\n");
close(fd[0]);
write(fd[1],"hello my father",strlen("hello my father"));
exit(1);
}
return 0;
}
运行结果如下：
this is son
this is father
form son context:hello my father
2.命名管道（FIFO）
命名管道 (FIFO) ： 命名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据，并且“先进先出”。
FIFO是一种文件类型。
FIFO特点：
- FIFO可以在无关进程之间进行通信。
- FIFO有路径与之相关联，它是一种特殊设备以文件的形式存在于文件系统中。
- 和无名管道一样也是半双工通信
函数原型：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
函数作用：创建一个命名管道，进行进程间通信。
参数说明：
- pathname：路径名，指定我们使用的命名管道在哪里
- mode：该参数和open函数中mode是一样的，但是有需要注意，打开一个FIFO时需要关注是否设置非阻塞标志。mode详见
- 若没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open
要阻塞到某个其他进程为读而打开它。 - 若指定了O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该
FIFO，其errno置ENXIO。
返回值：成功返回0，失败返回-1.
代码演示：实现两个无关进程之间的通信
read端:
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
char buf[64];
memset(buf,'\0',64);
if(mkfifo("./file",0600) == -1 && errno != EEXIST)
{
perror("mkfifo failed:");
exit(-1);
}
int fd = open("./file",O_RDONLY);
if(fd == -1)
{
perror("open failed:");
exit(-1);
}
int n_read = 0;
while(1)
{
n_read = read(fd,buf,64);
printf("read byte:%d,read context:%s\n",n_read,buf);
}
close(fd);
return 0;
}
write端：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/stat.h>
int main(void)
{
char buf[64] = "hello I am is fifoWrite";
if(mkfifo("./file",0600) == -1 && errno != EEXIST)
{
perror("mkfifo failed or file exist:");
exit(-1);
}
int fd = open("./file",O_WRONLY);
if(fd == -1)
{
perror("open failed:");
exit(-1);
}
while(1)
{
write(fd,buf,strlen(buf));
sleep(1);
}
return 0;
}
运行结果如下：
read byte:23,read context:hello I am is fifoWrite
read byte:23,read context:hello I am is fifoWrite
read byte:23,read context:hello I am is fifoWrite
read byte:23,read context:hello I am is fifoWrite
^C
三、无名管道和命名管道的异同
共同点：
- 都可以实现两个进程之间的通信。
- 都是半双工的通信方式（数据单向流动）
- 都与文件编程类似
- 都可以使用open、read、write、close进行操作
不同点：
- pipe只能在具有亲缘关系的进程中通信，而FIFO可以再没有任何联系的进程之间相互通信。
- pipe不是以文件的形式存在，而是在内存中，而FIFO是以文件的形式存在于文件系统中。
参考书籍：
《UNIX环境高级编程》第三版