Linux_2 管道(任务间的通信)
目录
1. 认识无名管道
2. 无名管道大小测试
3. 无名管道练习
4. 无名管道_两个管道双向传输
5. 有名（命名）管道
总结
任务间的通信与同步（7种）
管道 信号 信号量 互斥锁 消息队列 共享内存 socket套接字
1. 认识无名管道
管道相关的关键概念
管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特点：
（1）管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道；
（2）只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）；
（3）单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。
（4）数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。
管道的创建：
#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2])//Return 0 on success,or -1 on error该函数创建的管道的两端处于一个进程中间，在实际应用中没有太大意义，因此，一个进程在由pipe()创建管道后，一般再fork一个子进程，然后通过管道实现父子进程间的通信（因此也不难推出，只要两个进程中存在亲缘关系，这里的亲缘关系指的是具有共同的祖先，都可以采用管道方式来进行通信）。
管道的读写规则：
管道两端可分别用描述字 fd[0] 以及 fd[1] 来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字 fd[0] 表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1] 来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。 一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。
从管道中读取数据：
（1）如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；
（2）当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。
注：（PIPE_BUF在 include/linux/limits.h 中定义，不同的内核版本可能会有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少为 512字节，red hat 7.2中为4096）。
向管道中写入数据：
（1）向管道中写入数据时，linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将一直阻塞。
（2）管道中的读端关闭，此时向管道写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号，应用程序可以处理该信号，也可以忽略（默认动作则是应用程序终止）。
当管道中父进程没有写入数据时，而子进程使用read读管道中的数据时，read将一直阻塞，等待管道中写入数据
NAME ： pipe , pipe2 ----- creat pipe
pip1.c
/*parent process : write pipechild process : read pipe
*/
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>int main(void)
{int fd[2];int pid;if(pipe(fd) == -1) //创建管道，创建错误返回-1，正确返回0perror("pipe");pid = fork(); // 创建进程if(pid > 0) // 父进程 fd[0] 读 fd[1] 写{close(fd[0]); //关闭管道读端sleep(5);write(fd[1], "ab", 2); //写管道写数据（2为写入字符为两个字节大小）while(1);}else if(pid == 0) // 子进程复制了管道{ char ch[2]; // 用于接收数据printf("child process is waiting for data: \n");close(fd[1]); // 关闭管道写端read(fd[0], ch, 2); // 存放到ch，2个字节大小printf("read from pipe: %s\n", ch);} return 0;
}读函数read
ssize_t read ( int fd, void * buf, size_t nbyte)
read函数是负责从fd中读取内容. 成功时,read返回实际所读的字节数,如果返回的值是0,表示已经读到文件的结束了.
小于0表示出现了错误. 如果错误为EINTR说明读是由中断引起的, 如果是ECONNREST表示网络连接出了问题.
写函数write
ssize_t write ( int fd, const void * buf, size_t nbytes)
write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数.失败时返回-1. 并设置errno变量. 在网络程序中,当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能.
1)write的返回值大于0,表示写了部分或者是全部的数据.
2)返回的值小于0,此时出现了错误.我们要根据错误类型来处理. 如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误.
如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接).
2. 无名管道大小测试
管道的容量是有限的：管道的存储能力为65536字节
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>int main(void)
{pid_t pid;int fd[2];if(pipe(fd) == -1)perror("pipe");pid = fork(); // 创建子进程if(pid == 0) // child process : write to the pipe{ // 子进程不断写入管道*char ch = '*';int n = 0;close(fd[0]); // 关闭读端while(1){ // 地址write(fd[1], &ch, 1);printf("count = %d\n", ++n);}} else if(pid > 0) //parent process : wait until child process is over{waitpid(pid, NULL, 0); // 父进程等待子进程结束}
}结果：。。。count = 65536 （字节）
3. 无名管道练习
子进程把键盘输入的数据写入管道，父进程读取数据
pip_w&r_.c
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>int main(void)
{pid_t pid;int fd[2];if(pipe(fd) == -1)perror("pipe");pid = fork(); //创建子进程if(pid == 0) //child process : write to the pipe{ char tmp[100]; // 用于存储数据close(fd[0]);while(1){printf("parent processs is waiting for you message\n");scanf("%s", tmp) // 等待键盘输入数据write(fd[1], tmp, sizeof(tmp)); // 将数据写入管道 }} else if(pid > 0) //parent process : 读取子进程的输入{char tmp[100];close(fd[1]);while(1) // 只要管道有内容就会读取{read(fd[0], tmp, sizeof(tmp)); //读取printf("read from pipe : %s\n", tmp); // 输出}}
}4. 无名管道_两个管道双向传输
two_pip.c
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>
int main(void)
{pid_t pid;int fd[2];int fd2[2]; // 两个描述符// 判断是否成功if(pipe(fd) == -1)perror("pipe");if(pipe(fd2) == -1)perror("pipe");pid = fork(); //创建子进程if(pid == 0) //child process :{ char tmp[100];close(fd[1]); //关闭fd管道的写 close(fd2[0]); //关闭fd管道的读while(1){memset(tmp, '\0', sizeof(tmp)); // 对tmp做清空处理read(fd[0], tmp, sizeof(tmp)); // 子进程等待去读管道for( i = 0; i < sizeof(tmp); i++) // 有数据时，read由阻塞变为非阻塞tmp[i] = toupper(tmp[i]); // 将所有的字符变为大写toupperwrite(fd2[1], tmp, sizeof(tmp)); // 写入管道fd2}} else if(pid > 0) //parent process : 读取子进程的输入{char tmp[100];close(fd[0]);close(fd[1]);while(1){ memset(tmp, '\0', sizeof(tmp));gets(tmp); //父进程由键盘输出write(fd[1], tmp, sizeof(tmp)); //向子进程写入小写memset(tmp, '\0', sizeof(tmp));read(fd2[0], tmp, sizeof(tmp)); //读取子进程传过来的大写printf("after change : %s \n", tmp)}}
}memset 函数
代码示例
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main ()
{char str[50];strcpy(str,"This is string.h library function");puts(str);memset(str,'$',7);puts(str);return(0);
}// This is string.h library function
// $$$$$$$ string.h library function5. 有名（命名）管道
- 匿名管道，由于没有名字，只能用于亲缘关系的进程间通信。为了克服这个缺点，提出了有名管道（FIFO），也叫命名管道、FIFO 文件。
- 有名管道（FIFO）不同于匿名管道之处在于它提供了一个路径名与之关联，以 FIFO 的文件形式存在于文件系统中，并且其打开方式与打开一个普通文件是一样的，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。
- 一旦打开了 FIFO，就能在它上面使用与操作匿名管道和其他文件的系统调用一样的 I/O 系统调用了（如read()、write() 和 close()）。与管道一样，FIFO 也有一个写入端和读取端，并且从管道中读取数据的顺序与写入的顺序是一样的。FIFO 的名称也由此而来：先入先出。
- 有名管道（FIFO) 和匿名管道（pipe）有一些特点是相同的，不一样的地方在于：
1. FIFO 在文件系统中作为一个特殊文件存在，但 FIFO 中的内容却存放在内存中。
2. 当使用 FIFO 的进程退出后，FIFO 文件将继续保存在文件系统中以便以后使用。
3. FIFO 有名字，不相关的进程可以通过打开有名管道进行通信。
非亲缘关系进程之间进行管道通信
NAME ： mkfifo , mkfifoat - make a FIFO(先入先出) special file(a named pipe)
模式（model）：写权限4，读权限2，可执行权限1 (主要读写)
函数功能：创建一个FIFO文件，用于进程之间的通信。pathname就是路径名，mode是该文件的权限。返回值表示是否成功，返回0表示成功，返回-1表示失败，失败原因在errno中。（建立FIFO的时候，要求不存在这样的FIFO）。
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);// 函数功能：创建一个FIFO文件，用于进程之间的通信。pathname就是路径名，mode是该文件的权限。返回值表示是否成功，返回0表示成功，返回-1表示失败，失败原因在errno中。（建立FIFO的时候，要求不存在这样的FIFO）。
read_named_pipe.c
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>int main(void)
{int ret;int fd;char buf[100];ret = mkfifo("my_fifo", 666); // 创建文件，权限if(ret != 0)perror("mkfifo");printf("prepare reading from the pip :\n");fd = open("my_fifo", 0_RDWR);if(fd == -1)perror("open");while(1){memset(buf, '\0', sizeof(buf));read(fd, buf, sizeof(buf));printf("read from named pipe : %s\n", buf);sleep(1);}return 0; }编译 ：gcc read_named_pipe.c -o read
重新开一个终端：
write_named_pipe.c
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>int main(int argc, char *argv[])
{int fd;char buf[100];fd = open("my_fifo", 0_WRONLY);if(fd == -1)perror("open");if(argc == 1){printf("please send something to the named pipe :\n");exit(EXIT_FAILURE);}strcpy(buf, argv[1]);write(fd, buf, sizeof(buf));printf("write to the pipe : %s\n", buf);return 0; }编译：gcc write_named_pipe.c -o write
./write hello morning
总结
有名管道 (可以在任意两个进程之间通信)
无名管道（只能在父子进程之间进行通信）（有一个读端和一个写端，缺一不可）
管道写端关闭，则读端返回值为0；
管道读端关闭，则写端会产生异常（会收到信号SIGPIPE）
管道为空， 那么读会阻塞
管道写满， 那么写会阻塞
1.有名管道和无名管道的区别：有名管道可以在任意两个进程之间通信；无名管道只能在父子进程之间进行通信
2.写入管道的数据在哪里？ 在内存中（不是在磁盘上）
3.管道的通信方式： 半双工（数据可以从a到b,也可以从b到a，但是某一时刻只能选择其中一个）
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