Linux下进程间的通信--管道

关于进程间的通信

Linux进程间通信（Inter-Process Communication，IPC）是指在多个进程之间传输数据或信号的一些方法。由于Linux中的进程有各自独立的地址空间，因此它们不能直接访问对方的内存。为了实现进程间的通信，Linux提供了多种机制：管道，信号，消息队列，共享内存，网络

Linux下的进程通信手段基本上是从Unix平台上继承而来的

进程间通讯分为单个计算机的进程间通讯和局域网的进程间通讯

管道

管道简介：

管道是一种最基本的IPC机制，它允许一个进程的输出成为另一个进程的输入。管道是半双工的，数据只能向一个方向流动

管道的本质：是操作系统内核提供的一种进程间通信机制，它通过内核缓冲区和文件描述符来实现进程间的数据交换和同步

管道分为无名管道与有名管道

一.无名管道

无名管道的特点:

无名管道只能实现单向通信，数据只能从一端流向另一端

无名管道通常用于父子进程之间的通信，因为它们需要在创建时就确定通信的两端

无名管道没有名字，它们在文件系统中不可见，仅在创建它们的进程及其子进程的生命周期内存在。

无名管道将读端与写端抽象成两个文件进行操作，在无名管道创建成功之后，则会返回将读端与写端的文件描述符存入数组

创建无名管道

pipe()函数

函数描述：pipe()创建了一个管道，这是一种单向数据通道，可用于进程间通信。数组 pipefd 用于返回指向管道两端的两个文件描述符。pipefd[0]`指向管道的读端，pipefd[1] 指向管道的写端。写入管道写端的数据将由内核缓冲，直到从管道读端读取。

函数头文件
#include <unistd.h>   功能
管道创建之后，内核会将文件描述符存储到数组    函数原型
int pipe(int pipefd[2]);函数参数
pipefd:用于存储无名管道读端与写端的文件描述符的数组
pipefd[0]:读端文件描述符
pipefd[1]:写端文件描述符    函数返回值:
成功:0
失败:-1,设置 errno,同时将pipefd保持不变

 示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main()
{int pipefd[2];int num=pipe(pipefd);if(num == -1){perror("pipe\n");exit(EXIT_FAILURE);}pid_t pid = fork(); // 创建子进程if (pid == -1){perror("fork failed");return 1;}else if (pid == 0){close(pipefd[1]);char buffer[64];size_t rbytes = read(pipefd[0],buffer,sizeof(buffer));if(rbytes == -1){perror("read fail\n");close(pipefd[0]);}else{printf("read : %s\n",buffer);close(pipefd[0]);}}else{close(pipefd[0]);char buf[128]={0};printf("please to input information\n");fgets(buf,sizeof(buf),stdin);buf[strlen(buf)-1]='\0';size_t wbytes = write(pipefd[1],buf,sizeof(buf));if(wbytes==-1){perror("write fail\n");close(pipefd[1]);}else{printf("wbytes = %ld\n",wbytes);close(pipefd[1]);}}waitpid(-1,NULL,0);return 0;
}

 代码解读：

使用pipe函数创建一个无名管道，并将文件描述符数组pipefd的两个元素分别设置为管道的读端和写端。如果创建失败，打印错误信息并退出

调用fork函数创建子进程。如果fork失败，打印错误信息并返回1。

如果pid为0，说明当前是子进程。关闭管道的写端文件描述符。

定义一个字符数组buffer，用于存储从管道读取的数据。

从管道的读端读取数据到buffer。如果读取失败，打印错误信息并关闭读端文件描述符。如果读取成功，打印读取的内容并关闭读端文件描述符。

如果pid不为0，说明当前是父进程。关闭管道的读端文件描述符。

定义一个字符数组buf，用于存储用户输入的数据。

将用户输入的数据写入管道的写端。如果写入失败，打印错误信息并关闭写端文件描述符。如果写入成功，打印写入的字节数并关闭写端文件描述符。

调用waitpid函数等待子进程结束。-1表示等待任意子进程，NULL表示不需要子进程的终止状态，0表示不设置任何选项。

二.有名管道

有名管道的特点：

有名管道在文件系统中以文件的形式存在，但不占用磁盘空间，即使创建它的进程已经退出，有名管道仍然存在，直到被显式删除。

有名管道允许任何知道管道名称的进程进行通信

有名管道提供了一种同步机制，写入操作在管道有足够空间时才会成功，读取操作在管道中有数据时才会成功

创建有名管道

mkfifo命令

mkfifo [选项]... 名字

• -m 或 --mode=模式：设置创建的有名管道的权限。如果不设置，将使用默认的权限（通常是 0666，即允许所有用户读写）。
• -p 或 --fifo=路径：指定有名管道的路径。如果路径不存在，mkfifo 会创建它。

mkfifo()系统调用

函数描述：

mkfifo()创建一个名为pathname的FIFO特殊文件。mode指定FIFO的权限。它由进程的umask以通常的方式修改:创建的文件的权限是(mode & ~umask)。

FIFO特殊文件类似于管道，只是其创建方式不同。通过调用mkfifo()将FIFO特殊文件输入到文件系统中，而不是作为匿名通信通道。

一旦你以这种方式创建了一个FIFO特殊文件，任何进程都可以打开它进行读写，就像普通文件一样。但是，在您可以对其进行任何输入或输出操作之前，它必须同时在两端打开。为读打开FIFO通常会阻塞，直到其他进程为写打开相同的FIFO，反之亦然。

函数头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>函数原型:
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);函数参数:
pathname:有名管道路径名
mode:有名管道文件访问权限, 常用0644函数返回值:
成功:返回0
失败:返回-1,并设置errno

示例代码:

进程A:

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#define PATH "/home/linux/namepipe"
int main()
{int fr = open(PATH,O_RDONLY);if(fr==-1){perror("open fail");exit(EXIT_FAILURE);}char buffer[128];ssize_t rbytes = read(fr,buffer,sizeof(buffer));if(rbytes==-1){perror("read fail");close(fr);exit(EXIT_FAILURE);}printf("rbytes=%ld buffer=%s\n",rbytes,buffer);close(fr);return 0;
}

进程B:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>#define PATH_NAME  "/home/linux/npipe"
int main()
{int result = access(PATH_NAME,F_OK);if(result == -1){int ret = mkfifo(PATH_NAME,0666);if(ret==-1){perror("mkfifo:");exit(EXIT_FAILURE);}}int fw = open(PATH_NAME,O_WRONLY);if(fw==-1){perror("open:");exit(EXIT_FAILURE);}char buf[128]={0};printf("please to enter\n");fgets(buf,sizeof(buf),stdin);buf[strlen(buf)-1]='\0';ssize_t wbytes = write(fw,buf,sizeof(buf));if(wbytes==-1){perror("write:");close(fw);exit(EXIT_FAILURE);}printf("wbytes=%ld buf=%s\n",wbytes,buf);close(fw);return 0;
}

代码解读：

进程B:

用于从有名管道（FIFO）中写入数据

定义有名管道的路径宏PATH_NAME。

使用access函数检查有名管道是否存在。F_OK是access函数的参数，用于检查文件是否存在。

如果有名管道不存在，使用mkfifo函数创建它。如果创建失败，使用perror打印错误信息，然后退出程序。

以只写模式（O_WRONLY）打开有名管道。如果打开失败，使用perror打印错误信息，然后退出程序。

定义一个字符数组buf，用于存储用户输入的数据。

使用fgets函数从标准输入读取一行数据到buf。fgets会读取直到换行符或缓冲区满，但不包括换行符。

将buf数组中的最后一个字符（换行符）替换为字符串结束符\0。

 使用write函数将用户输入的数据写入有名管道。如果写入失败，使用perror打印错误信息，关闭文件描述符fw，然后退出程序。

关闭文件描述符fw。

进程A:

用于从有名管道（FIFO）中读取数据

使用open函数以只读模式（O_RDONLY）打开有名管道。如果打开失败，open函数返回-1。

如果open函数失败，使用perror打印错误信息，然后退出程序。

定义一个字符数组buffer，用于存储从有名管道读取的数据。

使用read函数从有名管道中读取数据到buffer。如果读取失败，read函数返回-1。

如果read函数失败，使用perror打印错误信息，关闭文件描述符fr，然后退出程序。

关闭文件描述符fr。

结语：

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