进程通信
进程是系统分配资源的最小单位, 不同进程之间是相互隔离的, Linux常用于进程通信的几种方式有
- 匿名管道及有名管道 : 匿名管道用于具有亲缘关系的进程通信, 有名管道则可用于一般进程之间.
- 信号 : 软件层对中断机制的一种模拟.
- 消息队列
- 共享内存 : 不同进程享同一块内存区域, 不同进程可以实时查看对方对共享内存的更新. 需要借助同步机制, 如互斥锁, 信号量.
- 信号量 : 主要用于不同进程以及同一进程不同线程的同步和互斥.
- 套接字 : 广泛用于网络间进程通信.
无名管道
管道是是基于文件描述符的通信方式， 无名管道只能用于具有亲缘关系之间的进程通信. 建立一个管道时 它会创建两个文件描述符, fd[0] 和 fd[1] , 其中 fd[0] 用于读取数据, fd[1] 用于写入数据, 请看下图 :
如果父进程需要向子进程发送数据通信, 那么可以在父进程上创建一个管道, 关闭父进程的fd[0]和子进程的fd[1], 子进程向父进程发送数据就与之相反.
下面演示了父进程向管道写入数据, 子进程从中读取. sleep()函数确保父进程已经关闭了相应的文件描述符.
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
int main(void){
pid_t pid;
int pipe_fd[2];
char buf[1024];
const char data[] = "管道测试";
int real_read, real_write;
memset(buf, 0, sizeof(buf));
/* 创建管道 */
if(pipe(pipe_fd) < 0){
perror("pipe");
exit(1);
}
if((pid = fork()) < 0){
perror("fork");
exit(1);
}else if(pid == 0){
/* 子进程关闭写描述符, 等待１秒让父进程关闭读描述符*/
close(pipe_fd[1]);
sleep(2);
if((real_read = read(pipe_fd[0], buf, 1024)) > 0){
printf("读取管道内容 : %s\n", buf);
}
close(pipe_fd[0]);
exit(0);
}else{
/* 父进程关闭读描述符, 等待１秒让子进程关闭写描述符 */
close(pipe_fd[0]);
sleep(1);
if((real_write = write(pipe_fd[1], data, strlen(data))) > 0){
printf("写入管道内容 : %s\n", data);
}
close(pipe_fd[1]);
/* 收集子进程退出信息 */
waitpid(pid, NULL, 0);
exit(0);
}
}
管道读写需要注意几点
- 向管道写入数据时, 管道读端必须存在, 否则写进程将收到内核传来SIGPIPE信号.
- 向管道写入数据, 不保证原子性, 如果读进程不读取管道缓冲区中的数据, 那么写进程会一直阻塞.
- 父子进程运行是, 并不能保证先后顺序, 这里简单用sleep()解决.
标准流管道
相当系统调用, 用于创建连接到另一个进程之间的管道, 这里的进程是指可进行一定操作的可执行文件, 标准流管道把一系列创建过程合并到popen() 中了.
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
/* 标准管道流操作 */
int main(void){
FILE *fp;
char *cmd = "ps -ef";
char buf[1024];
/* r 文件指针连接到command的标准输出*/
if((fp = popen(cmd, "r")) == NULL){
printf("popen error");
exit(1);
}
while((fgets(buf, 1024, fp)) != NULL){
printf("%s\n", buf);
}
pclose(fp);
exit(0);
}
有名管道
Linux中专门设立了一个专门的特殊文件系统--管道文件,以FIFO的文件形式存在于文件系统中,这样,即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程,只要可以访问该路径,就能够彼此通过FIFO相互通信,因此,通过FIFO不相关的进程也能交换数据.但在磁盘上只是一个节点,而文件的数据则只存在于内存缓冲页面中,与普通管道一样.
管道文件的读写可能有阻塞问题
对于读进程
- 如果管道是阻塞打开, 且当前FIFO没有数据, 则读进程一直阻塞.
- 如果非阻塞打开, 立即执行读操作.
对于写进程
- 如果管道是阻塞打开, 则一直阻塞到可以写入.
- 如果非阻塞打开而不能全部写入, 则写入部分或者写入失败.
下面包含两个程序, 一个用于读取管道, 并在该程序中创建管道, 另一个用于写管道. 首先要调用读程序.
读程序
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
#include<limits.h>
/* 由读管道创建 */
#define MYFIFO "/tmp/myfifo"
int main(int argc, char *argv[]){
int fd;
char buf[PIPE_BUF];
int nread;
/* 如果管道不存在则创建 */
if(access(MYFIFO, F_OK) == -1){
/* 0是管道文件, 666是权限 */
if((mkfifo(MYFIFO, 0666) < 0) && (errno != EEXIST)){
perror("create fifo");
exit(1);
}
}
/* 只读阻塞方式打开管道 */
fd = open(MYFIFO, O_RDONLY);
if(fd == -1){
perror("open");
exit(1);
}
/* 读取字符串 */
while(1){
memset(buf, 0, sizeof(buf));
if((nread = read(fd, buf, PIPE_BUF)) > 0){
printf("read %s\n", buf);
}
}
close(fd);
exit(0);
}
写程序
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
#include<limits.h>
/* 由读管道创建 */
#define MYFIFO "/tmp/myfifo"
int main(int argc, char *argv[]){
int fd;
char buf[PIPE_BUF];
int nwrite;
if(argc <= 1){
printf("Usage: ./fifo_write <strring>");
exit(1);
}
sscanf(argv[1], "%s", buf);
/* 只写阻塞方式打开管道 */
fd = open(MYFIFO, O_WRONLY);
if(fd == -1){
perror("open");
exit(1);
}
/* 写入字符串 */
if((nwrite = write(fd, buf, PIPE_BUF)) > 0){
printf("write : %s\n", buf);
}
close(fd);
exit(0);
}
编译运行
读程序 $ gcc fifo_read.c -o fifo_read $ ./fifo_read read 写入1 read 写入2 read 写入3 写程序 $ gcc fifo_write.c -o fifo_write $ ./fifo_write $ ./fifo_write 写入1 write : 写入1 $ ./fifo_write 写入2 write : 写入2 $ ./fifo_write 写入3 write : 写入3
时间： 2024-10-10 16:44:20