進程間通訊（一）

1.進程是一種單執行流，每一個進程都私有/獨佔一份系統資源，代碼段共享可是數據段不共享，子進程寫數據時會觸發寫實拷貝，從而保證資源獨享。總的來講 每一個進程各自有不一樣的用戶地址空間,任何一個進程的全局變量在另外一個進程中都看不到 。

 因此進程之間要交換數據必須經過內核,在內核中開闢一塊緩衝區,進程1把數據從用戶空間 拷到內核緩衝區,進程2再從內核緩衝區把數據讀走,內核提供的這種機制稱爲進程間通訊 如圖所示：

 

 

進程間通訊(IPC,InterProcess Communication)的方式：

1.管道：匿名管道、命名管道

2. XSI IPC：消息隊列、信號量、共享內存

XSI IPC，依託標識符和鍵來實現的，如同管道靠文件描述符來實現同樣。

XSI IPC使用通常步驟：

1）IPC對象進程內部用標識符identifier，進程外部標識用key

2）首先用semget,shmget,msgget等函數根據key建立或獲取IPC對象的identifier

3）而後根據identifier用semctrl,shmctrl等控制函數作某些修改，這步可選

4）最後用各個IPC特有操做函數如semop,shmat等函數操做）

 

 

 

 

 

匿名管道（pipe）

調⽤用pipe函數時在內核中開闢一塊緩衝區(稱爲管道)用於通訊,它有一個讀端一個寫端,而後 經過filedes參數傳出給用戶程序兩個文件描述符,filedes[0]指向管道的讀端,filedes[1]指向 管道 的寫端(很好記,就像0是標準輸入1是標準輸出同樣)。因此管道在用戶程序看起來就像一個打開的文件,經過read(filedes[0]);或者write(filedes[1]);向這個文件讀寫數據實際上是在讀寫內核緩衝區。pipe函數調用成功返回0,調用失敗返回-1。

 

 

1. 父進程調用pipe開闢管道,獲得兩個文件描述符指向管道的兩端。 

2. 父進程調用fork建立子進程,那麼子進程也有兩個文件描述符指向同一管道。 

3. 父進程關閉管道讀端,子進程關閉管道寫端。父進程能夠往管道里寫,子進程能夠從管道里讀,管道是用環形隊列實現的,數據從寫端流入從讀端流出,這樣就實現了進程間通訊

 

 

int Test1()         //Test Creat IPC Fun "pipe()"

{

           int _pipe[2];   //two file describe sign

           int ret = pipe(_pipe);

           if (ret == -1)

          {

                   perror( "create pipe error" );

                    return 1;

          }

          pid_t id = fork();

           if (id < 0)

          {

                   perror( "create fork error" );

                    return 1;

          }

           else if (id == 0)         //child only write,father only read

          { //child

                   close(_pipe[0]);

                    int i=0;

                    char * msg = "hello world" ;

                    while (i<5)

                   {

                             write(_pipe[1],msg,strlen(msg));

                             sleep(1);

                             ++i;

                   }

          }

           else

          { //father

                   close(_pipe[1]);

                    int i=0;

                    char buf[1024];

                    while (i<5)

                   {

                             read(_pipe[0],buf, sizeof (buf)-1);

                             printf( "%s\n" ,buf);

                             ++i;

                   }

          }

           return 0;

}

 

使用管道有一些限制:

兩個進程經過一個管道只能實現單向通訊。好比上面的例子,父進程寫子進程讀,若是有時候也須要子進程寫父進程讀,就必須另開一個管道。（緣由： 管道是一種半雙工方式，即對於進程來講，要麼只能讀管道，要麼只能寫管道。不容許對管道又讀又寫）<半雙工數據傳輸容許數據在兩個方向上傳輸，可是，在某一時刻，只容許數據在一個方向上傳輸>

 

管道的讀寫端經過打開的文件描述符來傳遞,所以要通訊的兩個進程必須從它們的公共祖先 那⾥裏繼承管道文件描述符。

父進程fork兩次,把文件描述符傳給兩個子進程,而後兩個子進程之間通訊, 總之須要經過fork傳遞文件描述符使兩個進程都能訪問同一管道,它們才能通訊。也就是說，管道通訊是須要進程之間有血緣關係。

 

⽤用管道須要注意如下4種特殊狀況(假設都是阻塞I/O操做,沒有設置O_NONBLOCK標誌):  

1. 若是全部指向管道寫端的文件描述符都關閉了(管道寫端的引⽤用計數等於0),而仍然有進程 從管道的讀端讀數據,那麼管道中剩餘的數據都被讀取後,再次read會返回0,就像 讀到文件 末尾同樣。

2. 若是有指向管道寫端的文件描述符沒關閉(管道寫端的引用計數⼤大於0),而持有管道寫端的進程也沒有向管道中寫數據,這時有進程從管道讀端讀數據,那麼管道中剩餘的數據都被讀取後,再次read會阻塞,直到管道中有數據可讀了纔讀取數據並返回 

3. 若是全部指向管道讀端的文件描述符都關閉了(管道讀端的引用計數等於0),這時有進程向管道的寫端write,那麼該進程會收到信號SIGPIPE,一般會致使進程異常終止。

4. 若是有指向管道讀端的文件描述符沒關閉(管道讀端的引⽤用計數⼤大於0),而持有管道讀端的進程也沒有從管道中讀數據,這時有進程向管道寫端寫數據,那麼在管道被寫滿時再次write會阻塞,直到管道中有空位置了才寫入數據並返回。

 

 

 

 

命名管道（FIFO） 文件系統中的路徑名是全局的,各進程均可以訪問,所以能夠⽤用文件系統中的路徑名來標識一 個IPC通道。  命名管道也被稱爲FIFO文件，它是一種特殊類型的文件，它在文件系統中以文件名的形式存在，可是它的行爲卻和以前所講的沒有名字的管道（匿名管道）相似。

因爲Linux中全部的事物均可被視爲文件，因此對命名管道的使用也就變得與文件操做很是的統一，也使它的使用很是方便，同時咱們也能夠像日常的文件名同樣在命令中使用。 建立命名管道 咱們可使用兩下函數之一來建立一個命名管道，他們的原型以下：

#include <sys/types.h>  

#include <sys/stat.h>   

int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);  

int mknod(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO, (dev_t)0);  

這兩個函數都能建立一個FIFO文件，注意是建立一個真實存在於文件系統中的文件， filename指定了文件名，而mode則指定了文件的讀寫權限。

mknod是比較老的函數，而使 用mkfifo函數更加簡單和規範，因此建議在可能的狀況下，儘可能使⽤用mkfifo而不是mknod。

 

 

//client.c

int main()

{

           int fp = open(_PATH_,O_RDONLY);

           if (fp < 0)

          {

                   perror( "open file fail" );

                    return -1;

          }

           char buf[_SIZE_];

          memset(buf, '\0' ,sizeof (buf));

           while (1)

          {

                    int ret = read(fp,buf,sizeof (buf)-1);

                    if (ret <= 0)

                   {

                             perror( "read fail of read over" );

                              return -1;

                   }

                   printf( "%s\n" ,buf);

                    if (strncmp(buf,"quit" ,4) == 0)

                              break ;

          }

          close(fp);

           return 0;

}

 

 

 

//server.c

int main()

{

           int ret = mkfifo(_PATH_,0644);

           if (ret == -1)

          {

                   perror( "mkfifo" );

                    return -1;

          }

 

           int fp = open(_PATH_,O_WRONLY);

           if (fp == -1)

          {

                   perror( "open file" );

                    return -2;

          }

           char buf[_SIZE_];

          memset(buf, '\0' ,sizeof (buf));

           while (1)

          {

                   scanf( "%s" ,buf);

                    int ret = write(fp,buf,strlen(buf)+1);

           //       sleep(5);

                    if (ret <= 0)

                   {

                             perror( "write error" );

                              return -3;

                   }

                    if (strncmp(buf,"quit" ,4) == 0)

                              break ;

          }

          close(fp);

           return 0;

}