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进程间通信初识：管道

news 2024/10/28 4:57:15

进程间通信

目的：多个进程协同，去完成一件事

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，并知道他的状态改变了

定义

进程将自己的数据交给另一个进程

怎么做到的？

进程是有独立性的，你不可能直接读取另一个进程的数据，那是怎么做到的？

一般规律

所以内存中就有专门交换数据的空间，这块空间要由操作系统来提供（一般由OS提供

具体做法

因为OS提供的空间有多种方式，所以就有了不同的通信方式

管道（匿名，命名）
共享内存
消息队列
信号量

文件描述符

我们要通过文件描述符来学习管道，先来复习一下
在这里插入图片描述

文件描述符是整数，有默认的三个（0、1、2）分别代表标准输入（键盘）、标准输出（显示器）、标准错误（显示器）
file_struct 是个结构体用于存储各个文件，其下标就是文件描述符
进程和文件之间，通过进程内部的*files 来指向file_struct，来管理文件
创建子进程的时候，需要将父进程的file_struct也给子进程一份，但父进程管理的文件不用拷贝给子进程，但内部的指针指向不变（仍指向原本的文件，是浅拷贝）

通过同一文件描述符指向同一个文件来实现在 不同进程中修改同一个文件，得到同一份资源的方式就是管道
（同一个文件写入和读取是一个缓冲区
并且管道是单向管道

管道

了解完基本概念，我们就通过父子进程来进一步学习

让父进程来读取，子进程来写入
关掉父进程的写端和子进程的读端 这就实现了单向通信
这里解释了为什么进程要用读方式和写方式同时打开一个文件

并且由于struct file是由引用计数来决定是否释放的（记数为0再释放）
所以不用担心关闭端口会释放掉这个指针

在这里插入图片描述

pipe()：匿名管道

操作系统提供了这个函数来进行管道通信

#include<unistd.h>
int pipe(int pipefd[2])
//pipefd是个输出型参数
//pipe创建了一个不需要向磁盘中刷新并且在磁盘中不存在的文件
//只能通过文件描述符找到，是个匿名文件（即匿名管道）

他的原理就是创建子进程继承父进程的资源，来实现共享资源
同理父进程和兄弟进程，爷孙进程也可以通信（即在有血缘关系的进程间通信

代码展示

看一下用c是怎么使用管道的

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>void writer(int wfd)
{const char *str = "hello father, I am child";char buffer[128];int cnt = 0;pid_t pid = getpid();while(1){// 使用 snprintf 函数格式化字符串，将消息、进程 ID 和计数写入缓冲区snprintf(buffer, sizeof(buffer), "message: %s, pid: %d, count: %d\n", str, pid, cnt);// 将格式化后的字符串写入文件描述符 wfd，写入的字节数为字符串的长度write(wfd, buffer, strlen(buffer));cnt++;sleep(1);}
}
void reader(int rfd)
{char buffer[1024];while(1){// 从文件描述符 rfd 中读取数据，最多读取 sizeof(buffer)-1 字节到缓冲区 bufferssize_t n = read(rfd, buffer, sizeof(buffer)-1);// 强制转换并忽略返回值 n，表示不关心读取的字节数(void)n;printf("father get a message: %s", buffer);}
}int main()
{// 1. int pipefd[2];int n = pipe(pipefd);if(n < 0) return 1;printf("pipefd[0]: %d, pipefd[1]: %d\n", pipefd[0]/*read*/, pipefd[1]/*write*/); // 3, 4//默认第一个是读，第二个是写// 2. pid_t id = fork();if(id == 0){//child: wclose(pipefd[0]);//关闭子进程的读writer(pipefd[1]);exit(0);}// father: rclose(pipefd[1]);//关闭父进程的写reader(pipefd[0]);wait(NULL);return 0;
}