【Linux课程学习】第十九弹---深入理解进程间通信---匿名管道，命名管道，多匿名管道的BUG

我们知道，进程是具有独立性的，那么我们想要让一个进程从另外一个进程得到信息，我们要怎么做呢？这就有了进程间通信。进程间通信的本质是让不同的进程看到同一份资源。这块内存的特点：由操作系统（OS）创建，是内存级空间（没必要到达磁盘这一级去）。管道式一种古老的通信方式，它设计不要专门去设计一套通信，而是用文件进行修改就能通信的方式。我们把一个进程连接到另一个进程的数据流称为管道。管道的特性是面向字节流的

久绊易

2862人浏览 · 2024-12-08 15:34:22

久绊易 · 2024-12-08 15:34:22 发布

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Linux学习笔记：

https://blog.csdn.net/djdjiejsn/category_12669243.html

前言：

从本篇开始，就要来谈谈进程间通信。方式有很多，设计的模式也不一样。根据后面网络的编程的需求，某些进程间通信可能用的更广。文章会从进程间通信的介绍，匿名管道，命名管道，system V 共享内存讲解，system V可能会放在下面文章讲解。

一.进程间通信介绍

我们知道，进程是具有独立性的，那么我们想要让一个进程从另外一个进程得到信息，我们要怎么做呢？这就有了进程间通信。

进程间通信的本质是：让不同的进程看到同一份资源。

这块内存的特点：由操作系统（OS）创建，是内存级空间（没必要到达磁盘这一级去）。

1.1进程间通信的目的：

🥬1.数据传输：一个进程需要把它的数据发生给另外一个进程。

🥬2.资源共享：多个进程直接共享同样的资源。

🥬3.通知事件：一个进程向另一个进程或者一组进程发生消息，通知它们发生某种事件。

🥬4.进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行，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，并且能及时知道它的状态信息。

上面所有的目的都是因为进程间通信，可以让不同进程间传递数据。

1.2进程间通信的发展：

管道

System V进程间通信

POXIS进程间通信

1.3进程间通信的分类：

下面是本地通信的分类，除了本地通信，还有网络通信。

管道：匿名管道（pipe），命名管道（FIFO）。

System V：System 消息队列，System V共享内存，System V 信号量。

POSXI IPC：消息队列，共享内存，信号量，互斥量，条件变量，读写锁。

二.匿名管道

2.1管道的介绍：

管道式一种古老的通信方式，它设计不要专门去设计一套通信，而是用文件进行修改就能通信的方式。

我们把一个进程连接到另一个进程的数据流称为管道。

管道的特性是面向字节流的。单向的。

在创建多管道的时候，会有BUG。父子进程能进程同样的文件描述符，但在创建躲管道的时候，这也是他缺点。

匿名管道也是只能用于有亲缘关系之间的进程进行通信。因为他们要进行继承父进程的文件描述符，才能让他们看到同样的空间。

在Ubuntu系统中，管道的大小一般是64KB。

2.2匿名管道创建：

2.2.1函数介绍：

头文件：
#include <unistd.h>

函数原型：

int pipe(int pipefd[2]);

2.2.2函数解读：

🎒功能：创建一无名管道。

🎒参数：传入的fd表示的int数组类型的指针。如果成功，fd[0]中表示读端的文件描述符，fd[1]表示的写端的文件表述符。

🎒返回值：成功返回0，错误返回错误代码。

2.3匿名管道实现通信实现：

下面的代码实现的是，打开一个匿名管道。然后返回的是文件描述符。通过创建子进程，子进程继承父进程的文件描述符。这样就让父子进程看到同一个文件。因为要保证单向性，最好就是把没有用的端关闭。这样尽量保证安全性。

2.3.1关闭相应的端口：

比如父进程只进行读取数据，那么他就把写入端关闭。子进程进行写入，那么子进程就把读端关闭。

2.3.2写端关闭，读端如何反应？

另外如果管道没有东西，读端就阻塞住，等待写端写入数据。如果写端关闭，那么读端把管道里的数据读完以后，就会读到空。返回的就是0。这样就可以判断可以关闭读端了。

2.3.3读端关闭，写端如何反应？

读端关闭，写端进程会发生错误，管道里的数据也会被处理。匿名管道读端关闭后，写端进程继续写入数据会面临错误返回或者收到终止信号等情况，并且管道内剩余未读的数据也会被相应处理掉。

OS通过信号杀死进程。通过kill -13杀死进程。IPC！！！

2.3.4其他情况：

管道为空&&管道正常，那么read阻塞。

管道为满&&管道正常，那么write阻塞。

写入的数据量不大于PIPE-BUF时，Linux保证写入的原子性。

写入的数据大于PIPE-BUF时，Linux保证写入的原子性。

#include <iostream>
#include <unistd.h>

// child send message to father
int main()
{
    int fd[2];

    int n = pipe(fd);
    // 匿名管道创建失败，成功返回0，失败返回非0
    if (n != 0)
    {
        std::cerr << "pipe error!\n"
                  << std::endl;
        return 1;
    }

    // 创建子进程，并且父子进程关闭对应的文件fd。
    int id = fork();
    if (id < 0)
    {
        std::cerr << "fork error!\n"
                  << std::endl;
    }

    // child  关闭读端
    if (id == 0)
    {
        ::close(fd[0]);

        int num = 0;
        while (1)
        {
            std::string s;
            std::cin >> s;
            num += ::write(fd[1], s.c_str(), s.size()-1);
            std::cout << "num:" << num << std::endl;
        }
    }

    // father  关闭写端
    else
    {
        ::close(fd[1]);

        while (1)
        {
            char buf[1024];
            int end = ::read(fd[0], buf, sizeof(buf));

            if (end > 0)
            {
                buf[end] = '\0';
            }
            else if (end == 0)
            {
                close(fd[0]);
                break;
            }
            printf("father:%s\n\n", buf);
        }
    }
    return 0;
}

2.4多个匿名管道产生的BUG

在我们pipe创建多个管道的时候，在第一次把一个管道创建好以后，我们会进行把某个进程的读端打开，某个进程的写端关闭。然后再去创建下一个匿名管道。

这个时候我们fork出来的子进程，还会继承父进程的一系列的文件描述符，其中就包括了指向上一个匿名管道的读端或者写端。所以我们要进行一一的关闭。

创建一个管道，对应要关一次，创建两个匿名管道，就要关两次了，以此类推。

三.命名管道

3.1命名管道的介绍：

命名管道不再受血液的限制，可以让任意两个进程进行通信。命名管道是一种特殊的管道。命名管道会有一个真实的文件在指定文件夹中。

命名管道其实就是一个文件，只是这个文件被OS经过特殊的处理，只占用内核的空间，不会去进行磁盘级的操作。

它和匿名管道的区别主要体现在：

1.匿名有pipe函数创建并且打开。

2.命名管道由mkfifo创建，由open打开。

除了这些打开方式的区别以外，匿名管道和命令管道的用法基本相同。

3.2如何创建管道？

3.2.1在命令行中创建一个命名管道：

在命令行中输入下面的命令：

mkfifo share

mkfifo表示创建一个命名管道，后面的是命名管道的名称。

3.2.2通过函数创建：

头文件：

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

函数原型：
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

函数解读：

pathname表示的是创建命名管道的路径，可以是./fifofile这样的路径，然后就会在当前路径创建命名管道。命名管道其实就是一个文件，只是这个文件被OS经过特殊的处理，只占用内核的空间，不会去进行磁盘级的操作。

但命令管道被创建，先打开的是写，而读端还没启动，那么就会阻塞住。不然直接就是写端有，读端没有，就会被OS杀死。所以在这一点，还是进行了特殊处理的。

四.关于Makefile文件的编写：

BIN表示的是目标程序，SRC是源文件，OBJ是经过预处理，编译和汇编以后的文件。

CC表示所用的编译器，FLAGS和LDFLAGS是选项。

test是查看所有的.o和.cc。

BIN=pipe
SRC=$(wildcard *.cc)
OBJ=$(SRC:.cc=.o)

CC=g++
FLAGS=-c -Wall -std=c++11 
LDFLAGS=-o

$(BIN):$(OBJ)
	$(CC) $(LDFLAGS) $@ $^

%.o:%.cc
	$(CC) $(FLAGS) $<

.PHONY:clean
clean: 
	rm -rf $(BIN) $(OBJ)

.PHONY:test
test:
	@echo $(SRC)
	@echo $(OBJ)

文章已经接近尾声，后续会进行更新System V共享内存，可以关注一下新的博客。如果看懂文章欢迎到下面进行投票。你的支持是我前进的最大动力。

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