Linux|进程间通信之匿名管道

进程间通信
文章目录

  • 进程间通信
    • 1.1进程间通信的概念
    • 1.2进程间通信的目的
    • 1.3进程间通信的方式
    • 2.1管道的概念
    • 2.2匿名管道的介绍
    • 2.2.1管道的5种特征4种情况
      • 5种特征:
      • 4种情况:
    • 2.3管道读写的规则说明
    • 4种情况的分析:
      • 第一种:(子或父)不write,(父或子)一直read,read阻塞
      • 第二种:(子或父) 不read ,(父或子)一直write,write阻塞
      • 第三种:.write写完后关闭,read返回值为0
      • 第四种:read关闭,一直写,写方会被操作系统杀掉,写入无意义
    • 注意的点(重点):

1.1进程间通信的概念 进程间通信就是进程之间进行信息的交换和传播
很重要的一句话:进程间通信的本质是让不同的进程看到同一根资源
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1.2进程间通信的目的
  • 数据传输:一个进程需要将自己的数据发生给其他的进程
  • 资源共享:多个进程之间共用相同的资源
  • 通知事件:一个进程需要向拎一个进程发送消息,通知它(它们)发生了某种事件(如进程终止时要通知父进程)
  • 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
1.3进程间通信的方式
  • 管道(本文主讲)
    • 匿名管道pipe
    • 命名管道
  • System V进程间通信(本文不涉及)
    • System V消息队列
    • System V共享内存
    • System V信号量
  • POSIX进程间通信(本文不涉及)
    • 消息队列
    • 共享内存
    • 信号量
    • 互斥量
    • 条件变量
    • 读写锁
2.1管道的概念 管道是一种古老的进程间通信的形式
  • 通常把一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个“管道”
2.2匿名管道的介绍 匿名管道就是没有名字的管道,由函数pipe(int fd[2]) 创建,常用于具有亲缘关系的进程间进行通信,作为两个进程共享的资源,从而实现两个进程间的信息交换达到通信的目的。
2.2.1管道的5种特征4种情况 5种特征:
  • 1.管道内部已经自动提供了同步与互斥机制(读和写只能一个进行另一个等待,不能同时进行)
  • 2.如果打开文件的进程退出了,文件也会被释放掉(所有打开了某一文件的进程全部退出了,该文件的资源才会彻底释放掉)
  • 3.管道是提供流式服务的(本文只是提及,知道有这么个东西即可,后续的博客应该会讲)
  • 4.管道是半双工通信的(管道只能是单向通信的,例如父进程在进行写入数据到匿名管道,那么子进程就不能进行读取管道信息,必须等父进程写完了才可以进行读操作,也就是父子进程只能是其中一个对管道进行读或写操作,不能父子进程同时对管道进行读或者写操作!!!)
  • 5.匿名管道适合具有血缘关系的进程进行进程间通信,常用于父子
4种情况:
  • 1.(子或父)不write,(父或子)一直read,read阻塞
  • 2.(子或父) 不read ,(父或子)一直write,write阻塞
  • 3.write写完后关闭,read返回值为0
  • read关闭,一直写,写方会被操作系统杀掉,写入无意义
2.3管道读写的规则说明 (fd_arrray[3] fd_array[4] 不理解的第三张图有解释)
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通过pipe(int fd[2])创建了管道后,再通过fork()创建子进程
错误读写:
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正确读写:
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父进程读,子进程写的相关代码(本文主要代码,举例也是这在这段代码的基础上变换来的):
#include #include #include #include #include #includeint main() { int fd[2]; if(pipe(fd)<0) { //创建管道 perror("pipe!"); //这个函数自带换行 return 1; } //printf("fd[0]\n",fd[0]); //printf("fd[1]\n",fd1]); //创建子进程pid_t id = fork(); if(id==0) { //child //子进程要做的是向管道里写数据 要把读端关闭 最后写完了再把写端关闭 close(fd[0]); int count=10; const char* str="hello father i am your child!\n"; while(count) { write(fd[1],str,strlen(str)); //printf("%s",str); count--; sleep(1); } close(fd[1]); exit(1); } else if(id>0) { //father close(fd[1]); //父进程关闭写端,只进行读 char buff[64]; while(1) { int ret=read(fd[0],buff,sizeof(buff)); if(ret>0) { buff[ret]='\0'; printf("child send to father's message is:%s\n",buff); //close(fd[0]); //break; //这里不能直接就break 不然就是只读了一次 这里写了10次要一直读 直到读到了文件结尾才停止 才能读完 } else if(ret==0) { printf("read file of end!\n"); break; } else { perror("read"); break; }} } else { //error perror("fork!"); return 1; }int status=0; int ret=waitpid(id,&status,0); //阻塞式等待 if(ret>0) { printf("child is quit! single is:%d",status&0x7F); }return 0; }

4种情况的分析: 第一种:(子或父)不write,(父或子)一直read,read阻塞
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代码:
#include #include #include #include #include #include int main() { int fd[2]; int ret = pipe(fd); if(ret<0) { perror("pipe"); return -1; } pid_t id=fork(); //创建子进程 if(id==0) { //child close(fd[0]); //子进程关闭读端 使得其只能往管道中进行写入 const char* str="i\n"; int count=5; while(count) { if(count>=2)//count 大于等于2就写 否则就休眠 { write(fd[1],str,strlen(str)); count--; sleep(1); } else{ sleep(1000); //子进程写两次就不写了 进行休眠 但是父进程一直在读 这样就会形成读堵塞 } } //一直写 当不再打印count时说明管道的缓冲区写满了,此时的count就是管道的容量 } else if(id>0) { //father close(fd[1]); //关闭写端 // sleep(1000); char arr[1000]; while(1) { int ret=read(fd[0],arr,sizeof(arr)); if(ret>0)//读到了内容 { arr[ret]='\0'; printf("%s",arr); } else if(ret==0) { //读到了文件结尾 printf("read end of file!\n"); break; } else { //read error // perror("read"); printf("read error!\n"); break; } } } else { //error perror("fork!"); } int status=0; int s=waitpid(id,&status,0); //阻塞式等待 if(s>0) { printf("child quit!\n"); } else { printf("wait error!"); } printf("quit singal is:%d\n",ret&0x7F); return 0; }

第二种:(子或父) 不read ,(父或子)一直write,write阻塞
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代码:
#include #include #include #include #include #includeint main() {int fd[2]; int ret = pipe(fd); if(ret<0) { perror("pipe"); return -1; } pid_t id=fork(); //创建子进程 if(id==0) { //child close(fd[0]); //子进程关闭读端 使得其只能往管道中进行写入 const char* str="i"; //每次写一个字节 int count=0; while(1) { write(fd[1],str,strlen(str)); count++; printf("%d\n",count); //写一次打印一次count } //一直写 当不再打印count时说明管道的缓冲区写满了,此时的count就是管道的容量 } else if(id>0) { //father close(fd[1]); //关闭写端 sleep(1000); //直接让父进程休眠,就不会读取管道里的数据,让子进程一直往里写就行了 char arr[1000]; while(1) {int ret=read(fd[1],arr,sizeof(arr)); while(1) { if(ret>0)//读到了内容 { arr[ret]='\0'; printf("%s",arr); } else if(ret==0) { //读到了文件结尾 printf("read end of file!\n"); break; } else { //read error perror("read"); break; } } } } else { //error perror("fork!"); } //等待子进程退出 int status=0; int s=waitpid(id,&status,0); //阻塞式等待 if(s>0) {printf("child quit!\n"); } else { printf("wait error!"); }printf("quit singal is:%d\n",ret&0x7F); return 0; }

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运行结果-> 不再打印count 说明write阻塞了 测得管道缓冲区大小为65536个字节
结合文档 本机是3.几的版本 所以是65536个字节 得到证实
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第三种:.write写完后关闭,read返回值为0
#include #include #include #include #include #includeint main() { int fd[2]; int ret = pipe(fd); if(ret<0) { perror("pipe"); return -1; } pid_t id=fork(); //创建子进程 if(id==0) { //child close(fd[0]); //子进程关闭读端 使得其只能往管道中进行写入 const char* str="i\n"; //每次写一个字节int count=5; while(count) { write(fd[1],str,strlen(str)); count--; sleep(1); } //重点 close(fd[1]); //写完关闭 写端 父进程读的时候就会读到文件结尾 返回值为0 exit(0); //子进程写完退出 } else if(id>0) { //father close(fd[1]); //关闭写端 // sleep(1000); char arr[1000]; while(1) { int ret=read(fd[0],arr,sizeof(arr)); if(ret>0)//读到了内容 { arr[ret]='\0'; printf("%s",arr); } else if(ret==0) { //读到了文件结尾 printf("read end of file!\n"); break; } else { //read error // perror("read"); printf("read error!\n"); break; } }int status=0; int s=waitpid(id,&status,0); //阻塞式等待 if(s>=0) { printf("child quit!\n"); } else { printf("wait error! s:%d\n",s); }printf("quit singal is:%d\n",status&0x7F); return 0; } else { //error perror("fork!"); }return 0; }

运行结果:写端写完关闭 读端再读 读到文件结尾 read返回值为0
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第四种:read关闭,一直写,写方会被操作系统杀掉,写入无意义
代码:
#include #include #include #include #include #includeint main() {int fd[2]; int ret = pipe(fd); if(ret<0) { perror("pipe"); return -1; } pid_t id=fork(); //创建子进程 if(id==0) { //child close(fd[0]); //子进程关闭读端 使得其只能往管道中进行写入 const char* str="i\n"; //每次写一个字节while(1) { write(fd[1],str,strlen(str)); sleep(1); }close(fd[1]); //写完关闭 写端 父进程读的时候就会读到文件结尾 返回值为0 exit(0); } else if(id>0) { //father close(fd[1]); //关闭写端 close(fd[0]); //父进程直接关闭读端 不读取管道信息 子进程还在一直写 没有意义 操作系统会将其杀掉 // sleep(1000); char arr[1000]; while(1) { int ret=read(fd[0],arr,sizeof(arr)); if(ret>0)//读到了内容 { arr[ret]='\0'; printf("%s",arr); } else if(ret==0) { //读到了文件结尾 printf("read end of file!\n"); break; } else { //read error // perror("read"); printf("read error!\n"); break; } }int status=0; int s=waitpid(id,&status,0); //阻塞式等待 if(s>=0) { printf("child quit!\n"); } else { printf("wait error! s:%d\n",s); }printf("quit singal is:%d\n",status&0x7F); return 0; } else { //error perror("fork!"); }return 0; }

运行结果:子进程被操作系统杀掉 因为父进程不会读 子进程写的没有意义 且子进程退出信号为13 SINPIPE
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注意的点(重点): 1.pipe()创建出来的管道是要传一个元素为二的数组的 fd[0] f[1]分别代表读和写端
2.既然创建子进程后要把父子进程的读或写端关掉一个,那么为什么不开始创建的时候父进程的读写端都是打开的呢?
实质上是为了让子进程继承下来,后面关掉一端,是因为管道只能是单向通信的
3.管道是自带同步与互斥机制的,这样就使得父子进程不能同时使用一块相同资源,子进程写的时候父进程不能读,只能等待子进程写完了才可以去读,即读写不能同时进行,否则会使得数据错乱。在多执行流下(父子)看到的同一份资源就是叫临界资源
4如果写端关闭,读端就会读到文件的结尾,返回0,代表文件结束
5.文件的生命周期随着进程的结束而结束,也就是说打开文件的进程退出了,文件也就会被释放掉,这里可能是多个进程都打开了某个文件,则所有打开此文件的进程都退出了此文件资源才会完全释放掉
6.管道提供流式服务且管道是半双工通信
【Linux|进程间通信之匿名管道】7.匿名管道适合具有血缘关系的进程进行进程间通信,常用于父子

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