Linux 系统编程 day4 进程管道

进程间通信（IPC）

Linux环境下，进程地址空间相互独立，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程和进程之间不能互相访问，要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区（4096，buf），进程1把数据从用户空间拷贝到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据拷走，内核提供的这种机制称为进程间通信（IPC）。

常用的进程间通信的方式有：

1、管道（使用最简单，要求有血缘关系）

2、信号（开销最小）

3、共享映射区（无血缘关系）

4、本地套接字（最稳定）

管道

其本质是一个伪文件（实际上为内核缓冲区）

管道的原理：内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区实现。

特质：1、 伪文件  2、管道中的数据只能一次读取  3、数据在管道中只能单向流动  

局限性：1、自己写不能自己读  2、数据不可以反复读取  3、半双工通信  4、血缘关系进程间可用

pipe函数

创建并打开管道。父子进程共享文件描述符

int pipe(int fd[2]);参数：fd[0]:读端fd[1]:写端
成功返回0
失败返回-1 errno

管道的读写行为 fd[0]读端 、 fd[1]写端

读管道：管道有数据，read返回实际读到的字节数

管道无数据：1、无写端，read返回0（读到文件结尾）2、有写端，read阻塞等待

写管道：无读端，异常终止（由于sigpipe）

有读端：1、管道已满，阻塞等待 2、阻塞未满，返回写出的字节个数

使用管道实现父子间进程通信，完成ls |wc-l 父进程实现ls , 子进程实现wc-l （最后需要让父进程区实现wc ， 子进程实现ls）

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>int main(int argc , char *argv[])
{pid_t pid;int fd[2];//char buf[1024];int ret;//   int a;ret = pipe(fd);if(ret == -1){perror("pipe error");exit(1);}else if(ret == 0){pid = fork();if(pid > 0){close(fd[0]);//execlp("ls" , "ls" , NULL);dup2(fd[1] , STDOUT_FILENO);execlp("ls" , "ls" , NULL);//write(fd[1] , buf , sizeof(buf));close(fd[1]);}else if(pid ==0){close(fd[1]);dup2(fd[0] , STDIN_FILENO);//ret = read(fd[0] , buf ,sizeof(buf));execlp("wc" , "wc" , "-l" , NULL );close(fd[0]);}}return 0 ;
}

兄弟进程间通信  fd[0]:读端 fd[1]:写端

int main(int argc , char* argv[])
{pid_t pid;int i ;int fd[2];for(i = 0 ; i < 2 ; i++){    pid = fork();if(pid == 0){break;}}if( i == 2 ){        //父进程close(fd[0]);close(fd[1]);wait(NULL);wait(NULL);}else if(i == 0){    //兄进程  实现ls；close(fd[0])；dup2(fd[1] , STDIN_FILENO);execlp("ls" , "ls" , NULL);}else if(i == 1){close(fd[1]);dup2(fd[0] , STDOUT_FILENO);execlp("wc" , "wc" , "-l" , NULL);}
}

管道的优点：简单，相比信号，套接字时间进程间通信简单很多。

缺点：只能单向通信，双向通信需要建立两个管道  。 只能用于父子、兄弟进程间通信。

FIFO

命名管道，makefifo 管道名

int mkfifo("管道名" ， 权限/0644)

共享存储映射、存储映射I/O

mmap函数

创建共享内存映射 ， 需要包含头文件#include<sys/mman.h>

void *mmap(void*addr , size_t length , int prot , int flags, int fd , off_t offset);

参数：addr :指定映射区的首地址 ， 通常传NULL，表示让系统自动分配。

        length:共享内存映射区的大小 （< = 文件实际大小）

        prot:共享内存映射区的读写属性 PROT_READ、PROT_WRITE 、 |。

        flags:标注共享内存的共享属性。MAP_SHARED、 MAP_PRIVATE

        fd:用于创建共享映射区的那个文件的文件描述符

        offset :默认0，表示映射文件全部。偏移位置。4K的整数倍。

返回值：

        成功：返回映射区的首地址。

        失败：MAP_FAILED（void*(-1)）  设置errno。map_failed

munmap函数

释放映射区

int munmap(void *addr , size_t length)

参数：addr : mmap的返回值 。 length 大小

返回值：成功返回0，失败返回-1

mmap 和 munmap函数使用实例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#include<sys/mman.h>int main(int argc , char*argv[])
{    char*p = NULL;int fd ; fd = open("textmmap" , O_WRDR|O_CREAT|O_TRUNC , 0644);lseek(fd , 20 , SEEL_END);//引起文件IO操作write(fd , "\0" , 1);int len = lseek(fd , 0 , SEEK_END);p = mmap(NULL, len , PROT_READ|PROT_WRITE , MAP_SHARED , fd , 0);if(p == MAP_FAILED){perror("mmap error");exit(1);}//接着可以使用对指针的操作对文件进行操作strcpy(p , "hello mmap\n") ;printf("-----%s" , p); //清空文件映射区int ret = munmap( p , len);if(ret == -1){perror("munmap error");exit(1);}close(fd);return 0;
}

mmap的注意事项

1、用于创建映射区的文件大小为0，实际指定非0 大小创建映射区，会出现总线错误。

2、用于创建映射区的文件大小为0，实际指定 0 大小创建映射区，会出现错误（无效参数）。

3、用于创建映射区的文件读写属性为只读，映射区属性为读写，会出现错误（无效参数）。

4、创建映射区需要read权限，当访问权限指定为MAP_SHARED时, mmap的读写权限应该<=文件的open权限。说明mmap必须要有读权限，只有写是不行的。

5、文件描述符fd在mmap创建映射区完成即可关闭，后续访问文件，用地址访问。

6、offset必须是4096的整数倍。（mmu映射的最小单位是4k）。

7、对申请的映射区内存不能越界访问。

8、munmap用于释放的地址，必须要是mmap返回的地址。

9、映射区的访问权限为私有MAP_PRIVATE ， 对内存所做修改，只在内存有效，不会返回到物理磁盘上。

mmap函数的保险调用方式：

1、open的时候指定O_RDWR;

2、mmap(NULL , 有效文件大小 ， PROT_WRITE|PROT_READ , MAP_SHARED , fd ， 0)；

总结：mmap创建映射区出错概率非常高，一定要检查返回值 MAP_FAILED