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Linux系统基础-进程间通信(3)_模拟实现匿名管道

news 2024/10/23 0:33:37

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Linux系统基础-进程间通信(3)_模拟实现匿名和命名管道

收录于专栏[Linux学习]
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1. 模拟实现匿名管道

实现的功能 :

实现方法 :

1. 获取消息的函数

2. 子进程写入模块

3. 父进程读取模块

4. 主函数

2. 效果展示:

1. 模拟实现匿名管道

实现的功能 :

通过管道实现进程间通信, 父子进程之间的数据传输是单向的 (父进程只读, 子进程只写)

实现方法 :

1. 获取消息的函数

功能 : 生成一个包含消息ID 和当前进程ID 的字符串, 作为子进程发送给父进程的消息的一部分.

std::string getOtherMessage()
{static int cnt = 0;std::string messageid = std::to_string(cnt); //stoi -> string -> intcnt++;pid_t self_id = getpid();std::string stringpid = std::to_string(self_id);std::string message = "messageid:";message += messageid;message += "my pid is : ";message += stringpid;return message;
}

这个函数的核心目的是生成一个包含唯一消息ID和当前进程ID的字符串, 用于进程间通信或调试输出, 通过使用静态变量cnt, 每次调用该函数时都能生成唯一的消息ID, 而通过getpid()函数获取当前进程的PID, 可以帮助识别消息的来源进程.

这种机制在多进程编程中非常有用, 特别是在使用管道, 信号量或其他IPC (进程间通信) 机制时.

2. 子进程写入模块

功能 : 子进程通过管道向父进程写入

void SubProcessWrite(int wfd)
{std::string message = "father, I am your son process!";while(true){std::cerr << "++++++++++++++++++++++++++++++++++++++" << std::endl;std::string info = message + getOtherMessage(); //这条消息, 就是我们子进程发给父进程的消息write(wfd, info.c_str(), info.size());//写入管道的时候, 没有写入\0, 有没有必要std::cerr << info << std::endl;}std::cout << "child quit ..." << std::endl;
}

关于\0问题 :

\0 字符: 在 C++ 中，字符串是以 null 字符 \0 结尾的。write() 函数写入的是指定长度的字节（由 info.size() 决定），因此不需要显式写入 \0。当父进程读取这条消息时，读取的字节数是已知的，所以不需要依赖字符串的结尾。

使用标准错误流打印的原因:

1. 区分标准输出和错误输出

std::cerr 是标准错误流，用于输出错误信息或调试信息，而 std::cout 是标准输出流，用于正常的程序输出。

将调试信息或错误信息发送到 std::cerr，可以清晰地将这些信息与正常的程序输出区分开来。这在复杂程序中尤其重要，因为它有助于在审查日志时快速识别问题。

2. 输出缓冲机制

std::cout 通常是带缓冲的输出流，可能会因为缓冲区未满而延迟输出信息。这在某些情况下可能导致调试信息不能立即看到。

相比之下，std::cerr 是不带缓冲的，意味着信息会立即被输出。这在调试过程中非常有用，因为你希望能即时看到任何错误或状态信息，而不是等到缓冲区填满。

3. 调试和监控

在开发和调试过程中，使用 std::cerr 输出调试信息（如进程状态、错误信息等）是个常见做法，可以帮助开发者实时监控程序的运行状态。

如果程序崩溃或出现异常，std::cerr 中的输出通常会被保留下来，而 std::cout 的输出可能因为程序的崩溃而丢失。

总结:

功能: SubProcessWrite 函数的主要目的是通过管道向父进程发送消息。它构造了一条包含固定消息和动态消息的字符串，并通过管道不断地发送。

3. 父进程读取模块

功能 : 父进程从管道中读取子进程发送的消息

void FatherProcessRead(int rfd)
{char inbuffer[size];while(true){sleep(2);std::cout << "------------------------------------" << std::endl;size_t n = read(rfd, inbuffer, sizeof(inbuffer) - 1);//sizeof(inbuffer) -> strlen(inbuffer)if(n > 0){inbuffer[n] = 0; // == '\0'std::cout << inbuffer << std::endl;}else if(n == 0){//如果read返回值是0, 表示写端直接关闭了, 我们读到了文件的结尾std::cout << "client quit father get return val: " << n << "father quit too!" << std::endl;break;}else if(n < 0){std::cerr << "read error" << std::endl;break;}}
}

FatherProcessRead 函数的主要目的是从子进程通过管道读取数据并输出到标准输出。它处理三种读取结果：正常读取、读到文件结束和读取错误

4. 主函数

功能 : 管理进程的创建和管道的操作

int main()
{// 1. 创建管道int pipefd[2];int n = pipe(pipefd); // 输出型参数, rfd, wfdif (n != 0){std::cerr << "errno: " << errno << ": " << "errstring : " << strerror(errno) << std::endl;return 1;}//pipefd[0] -> 0 -> r(读) pipefd[1] -> 1 -> w(写)std::cout << "pipefd[0]: " << pipefd[0] << ", pipefd[1]: " << pipefd[1] << std::endl;sleep(1);//2. 创建子进程pid_t id = fork();if(id == 0){std::cout << "子进程关闭不需要的fd了, 准备发消息了" << std::endl;sleep(1);//子进程 --- write//3. 关闭不需要的fdclose(pipefd[0]);SubProcessWrite(pipefd[1]);close(pipefd[1]);exit(0);}std::cout << "父进程关闭不需要的fd了, 准备收消息了" << std::endl;sleep(1);//父进程 --- read//3. 关闭不需要的fdclose(pipefd[1]);FatherProcessRead(pipefd[0]);std::cout << "5S, father close rfd" << std::endl;sleep(5);close(pipefd[0]);int status = 0;pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);if(rid > 0){std::cout << "wait child process done, exit sig : " << (status&0x7f) << std::endl;std::cout << "wait child process done, exit code(ign) : " << ((status >> 8)& 0xFF) << std::endl; }return 0;
}

pipefd: 这是一个整数数组，pipefd[0] 用于读取数据（读端），pipefd[1] 用于写入数据（写端）。

pipe(): 创建管道，如果成功则返回 0，并将读端和写端的文件描述符分别存储在 pipefd[0] 和 pipefd[1] 中。