【Linux】进程间通信---匿名管道、命名管道（超详解）

目录

匿名管道

管道的创建：

创建子进程：

关闭不需要的fd:

发送消息：

管道的5种特征：

管道的4种情况：

命名管道

创建命名管道：

删除命名管道：

手写命名管道：

完整代码：

我们先来回答下面的几个问题再来正式的进入管道的学习；

 1、进程为什么要通信？

进程是需要某种协同的，所有如何协同的前提条件是通信-->数据是有类别的-->通知就绪的、单纯的传递数据的、控制相关信息的...

2、进程如何通信？

a、进程间通信，成本可能会比较高

b、进程间通信前提：先让不同进程看到同一份（操作系统）资源（“一份内存”）

3、进程通信的常用方式

1、system V

2、Posix

我们重点讨论system V方式：有三种

  1. 消息队列
  2. 内存共享（重点讨论）
  3. 信号量

如何直接复原内核代码直接通信呢？

管道：

        1、命名管道

        2、匿名管道

匿名管道

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);

pipefd[2]：文件描述符数组，pipefd[0]：read，pipefd[1]：write;

返回值：管道创建成功返回0，创建失败返回错误代码

巧记方法：

        0--->嘴巴--->r

        1--->钢笔--->w

匿名管道之所以叫匿名管道，是因为它不需要文件名和文件路径；

一个进程打开一个文件时，会以读方式打开和写方式两种方式分别打开；也就是会形成两个file文件；但是第二次打开同一个文件的时候，文件的inode，操作方法集合，缓冲区不会再加载一次了；会指向第一次打开文件时候加载的地址；

为什么父子进程会指向同一个显示器终端打印文件？

子进程会指向父进程的文件描述符表，进而会指向同一个文件；

进程默认会打开三个标准输出：0、1、2，怎么做到的呢？

所有的进程都是bash的子进程，bash打开了，所有的子进程也就默认打开了；

close();为什么子进程主动close(0/1/2);不影响父进程继续使用显示器文件呢？

在file中有一个引用计数ref_count，子进程关闭时，ref_count--;只有ref_count为0时，才会释放文件资源；（注意：这里的引用计数和硬链接里的引用计数不同，但是原理是类似的）

为什么父进程读写后在fork?(看图中的1，2)

本质是为例让父子进程看到同一份资源；

管道的创建：

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<cerrno>
#include<cstring>
using namespace std;int main()
{//1、创建管道int pipfd[2];int n =pipe(pipfd);//输出型参数，rfd,wrdif(n!=0){cerr<<"errno:"<<errno<<":"<<"errstring:"<<strerror(errno)<<endl;}//管道创建成功cout<<"pipfd[0]:"<<pipfd[0]<<" pipfd[1]"<<pipfd[1]<<endl;return 0;
}

运行结果：

通过观察运行结果，我们可以证明文件被打开了两次；

创建子进程：

 pid_t id=fork();

关闭不需要的fd:

如果是父进程读取，子进程写入的话；父进程就要close(1);子进程close(0);

如果是父进程写入，子进程读取的话；父进程就要close(0);子进程close(1);

最后要记得添加一个waitpid，使整个代码完整；

发送消息：

怎么发送呢？

管道也是文件，所以发送信息可以直接用系统的read/write；

void childwrite(int wfd)
{string message="child process";//发送给父进程的信息while(true){write(wfd,message.c_str(),message.size());//写入管道时，没有写入\0，没有必要写入;sleep(1);}
}void   father_read(int rfd)
{char inbuffer[size];while(true){ssize_t n=read(rfd,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1);if(n>0){inbuffer[n]=0;cout<<"father get message:"<<inbuffer<<endl;}}}

运行结果：

父进程确实接收到了子进程发送的 信息，因此通信完成；

管道的5种特征：

  1. 匿名管道：只用来直接进行具有血缘关系的进程之间，进程通信，常用父子进程之间通信
  2. 管道内部，自带进程之间的同步机制--------->多执行流文件的时候，具有明显的顺序性！
  3. 管道文件的生命周期是随进程的
  4. 管道文件在通信的时候，是面向字节流的  ----->w次数和r次数是不匹配的
  5. 管道的通信模式是一种特殊的半双工模式

管道的4种情况：

  1. 如果管道内部是空的&&write fd 没有关闭，读取条件不具备，读进程会被阻塞 --->wait --->读取条件具备 --->写入数据
  2. 管道被写满&&read fd 不读且没有关闭，管道被写满，写进程会被阻塞 --->写条件不具备-->写条件具备 ----->读取数据
  3. 管道一直在读 && 写段关闭wfd,读端read返回值会读到0，表示读到了文件结尾
  4. rid直接关闭，写端wfd一直进行写入？-->写端进程会被操作系统直接使用13信号关掉，相当于进程出现了异常

命名管道

对于命名管道的原理可以看下面的图，图中很详细的表明了命名管道的内核结构；

创建命名管道：

mkfifo 管道名

我们可以通过向管道中写入一下内容，并查看是否可以读取，来检查管道是否创建成功；

注意：我们查看管道文件的大小是会发现管道文件依旧是0；

删除命名管道：

unlink 管道名

手写命名管道：

用的是mkfifo系统调用；

第一个参数是路径，第二个参数是权限；（可以回忆一下umask）

运行一下来验证管道是否创建成功：

(2)管道创建成功后，我们就要打开这个管道文件；

（3）打开文件后，我们就要开始写操作和读操作；

这里我们的server进程读操作，client进程写操作；

运行一下，来检验：

注意一下：

这里我们的读操作不能像下面一下来写，不然会报段错误：

报错的原因是：sizeof(out);

sizeof(out)其实是指针本身的大小，不是字符串数据的大小；

完整代码：

这只是.hpp文件的代码；

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include<cstdio>
#include<cerrno>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>using namespace std;const string comm_path = "./fifo";
#define gCreater 1
#define gUser 2
#define Read O_RDONLY
#define Write O_WRONLY
#define FD -1
#define SIZE 4069
class namepipe
{
private:bool openpipe(int flag){_fd = open(_path.c_str(), flag);if (_fd < 0){return false;}return true;}public:namepipe(const string &path, int who) : _path(path), _id(who),_fd(FD){if (_id == gCreater){int res = mkfifo(path.c_str(), 0666);cout << "namepipe create sucess" << endl;}}~namepipe(){if (_id == gCreater){int res = unlink(_path.c_str());if (res == 0){cout << "namepipe remove sucess" << endl;}if(_fd!=FD){close(_fd);}}}bool open_readpipe(){return openpipe(Read);}bool open_writepipe(){return openpipe(Write);}int readpipe(string * out){char buff[SIZE];int n=read(_fd,buff,sizeof(buff));if(n>0){buff[n]=0;*out=buff;}return n;}int writepipe(const string & in){write(_fd,in.c_str(),sizeof(in));}
private:const string _path;int _id;int _fd;
};

客户端代码比较简单，这里我就直接放图片了：

server.cpp:

client.cpp:

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