进程间通信--管道-编程知识

进程间通信--管道

一、为什么要有进程间通信(目的)

数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程

资源共享：多个进程之间共享同样的资源。

通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，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

二、怎样做到进程间通信？

无论是发送数据，还是共享数据或协同、控制

进程间通信的本质：是让不同的进程看到同一份资源

为了不破坏进程的独立性，这份资源不属于任何一个进程，而是由OS提供的一块特定形式的内存空间。

进程(用户)利用该空间进行通信，本质上就是访问OS。该空间的建立、释放，底层设计和接口都由OS来完成。

而管道是一种基于文件级别（不与磁盘交互）的通信方式。

三、匿名管道

1、匿名管道的原理/如何建立通信

如图所示，父子进程(有血缘关系的进程)通过继承体系，继承Task_struct的文件描述符表

父进程以WR方式打开该文件，引用计数为2，fork创建子进程，引用计数变为4.

思考：通信时产生的访问冲突，临界资源竞争

OS在设计上为了简化整个过程，采用了单向通信的模式，即一个读，另一个写。

为实现双向通信，可以再创建一个管道，让通信方向相反即可。

2、打开管道的系统调用接口pipe

输出型参数 pipefd[0] pipefd[1]分别为读写的fd。

例子：子进程sleep(1)，父一直read

#define N 2
#define NUM 128
void Writer(int wfd)
{string str = "I am a child ";pid_t self = getpid();int number=0;//充当缓冲区char buffer[NUM];while(true){//字符串清空，只是为了提醒阅读代码的人，把这个数组当成字符串了buffer[0]=0;snprintf(buffer,sizeof(buffer),"msg:%s--pid:%d--num:%d",str.c_str(),self,number++);write(wfd,buffer,strlen(buffer));//不用+1，系统层面不用加\0sleep(1);}
}
void Reader(int rfd)
{char buffer[NUM];while(true){buffer[0]=0;ssize_t n = read(rfd,buffer,sizeof(buffer));if(n>0){//读取之后按字符串处理buffer[n]='\0';printf("father get msg:%s father_pid:%d\n",buffer,getpid());// cout << "father get a message[" << getpid() << "]# " << buffer << endl;}else if(n==0){cout<<"father read file done";}else break;}
}
// child--w   father--r
//IPC code
int main()
{int pipefd[N] = {0};int n = pipe(pipefd);if (n < 0)return 1;// cout<<"pipefd[0]:"<<pipefd[0]<<"  "<<"pipefd[1]:"<<pipefd[1]<<endl;pid_t id = fork();if (id < 0)return 2;//先形成单向信道if (id == 0){// child  关掉3// 向4中写入close(pipefd[0]);Writer(pipefd[1]);close(pipefd[1]);exit(0);}// father关掉4// 从3中读取close(pipefd[1]);Reader(pipefd[0]);int rid = waitpid(id,NULL,0);if(rid<0)return 3;close(pipefd[0]);return 0;
}