Linux系统中的管道通信_linux 管道通信

目录

管道如何通信

管道的访问控制机制：

匿名管道

匿名管道数据传输的原理

如何使用（代码案例）

用C/C++代码编译实现父子进程间通信案例 ：

思路

实现

命名管道

为什么要有命名管道

回归进程间通信的本质

匿名管道的短板

命名管道的原理

如何创建命名管道

如何使用（代码案例）

用C/C++代码编译实现 client进程 和 server进程的通信案例 ：

思路 

实现

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管道如何通信

管道，是Linux下常用的进程间通信手段，具体的通信方法是 父进程打开管道文件，被子进程继承，通过文件描述符fd，父子进程能看到相同的内存级文件，而后 一个进程往管道中写，另一个进程读，完成信息的传送。

而打开管道文件与普通文件不同的是，前者具有访问控制，即同步和互斥机制，也就是具有原子性：

管道的访问控制机制：

1.从管道中读取数据时，如果管道为空，或正在被写入，执行读取的进程会阻塞等待

2.往管道中写入数据时，如果管道满了，或正在被读取，执行写入的进程会阻塞等待

3.当写端关闭后，读端读取到EOF 

以上三点机制，使得管道能像文件一样操作的同时，避同时免了使用普通文件进程间通信的 极度的 不安全性。并且，数据在管道文件中的读写是彻底的内存级别的，即不与磁盘交互，读和写皆是在内存中，效率也有一定的保证。

注意管道文件只是单向的，也就是一个进程读，一个进程写的模式，原生规定好的，使用需要符合规范

匿名管道

匿名管道数据传输的原理

匿名管道的通信特点是，通过系统调用pipe(int fd[2]),直接在内核中创建一个内存级文件，并自动被调用它的函数分别以读和写的方式打开两次，获得两个fd。存放在输出型参数fd数组中，fd[0]代表读端fd，fd[1]代表写端fd。两个参与通信的进程能分别通过read和write这样的系统调用接口，以文件的方式对管道进行读写操作，实现数据的传递。

如何使用（代码案例）

用C/C++代码编译实现父子进程间通信案例 ：

1.子进程 进程从标准输入按行读取信息

2.通过管道传入到父进程进程中

3.由父进程进程读取并输出到标准输出流。

思路

1.调用pipe（int*fd[2]）创建匿名通信管道

2.fork()创建子进程，子进程会继承fd[2]。

子进程：

  (1)关闭读端：close(fd[0])

注：管道只支持单向通信，这里要求子写父读,你也可以实现为父写子读.

  (2)从标准输入（键盘）读取按行读入

  (3)将从键盘读入的内容写入管道

父进程

（1）关闭写端 close（fd[1]）

（2）从管道读取数据知道读到文件结尾

（3）等待子进程退出

实现

#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<assert.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
 
#define buffer_size (128)
int main(){
    int fd[2]={0,0};
    int pipe_ret=pipe(fd);
    if(pipe_ret) return errno;//调用出错返回错误码
    pid_t child_pid=fork();
    if(child_pid==-1) return errno;
    if(child_pid==0){
        //child
        //关闭不需要的端口
        close(fd[0]);
        char child_buffer[buffer_size];
        while(1){
            //从键盘读入数据
            ssize_t read_size=read(0,child_buffer,buffer_size-1);
            //保证安全性
            assert(read_size<buffer_size);  
            child_buffer[read_size]=0;
            //结束条件
            if(strcmp(child_buffer,"_exit\n")== 0)
                break;
            //发送给父进程
            write(fd[1],child_buffer,read_size+1);
        }
        close(fd[1]);
        exit(0);
    }
    else{
        //father
        close(fd[1]);
        char father_buffer[buffer_size];       
        while(1){
            //从管道读取数据
            ssize_t read_size=read(fd[0],father_buffer,buffer_size-1);
            //判断是否为文件结尾（子进程关闭写端）
            if(read_size==0)
                break;
            //保证安全性
            assert(read_size<=buffer_size);
            //输出内容  
            printf("父进程收到：%s",father_buffer);
        }
        close(fd[0]);
        //回收子进程
        pid_t wait_ret=waitpid(child_pid,(int*)0,0);
        if(wait_ret==-1) return errno;       
    }
 
    return 0;
}

运行效果:

  

命名管道

为什么要有命名管道

回归进程间通信的本质

首先明确 进程间通信的本质是 "让不同的进程，访问到同一份资源"

匿名管道的短板

匿名管道如何使不同进程访问到同一份资源？

父进程分别以读和写两次打开管道文件，而后创建子进程继承文件表述符，父子进程能够访问到同一份资源，此时能够实现一个进程写一个进程读，进而就具备了通信间通信的客观条件。

但是这样通过继承管道文件的文件描述符fd，来访问到同一份资源的方式有一个明显的缺陷，那就是匿名管道只能用于有血缘关系的进程间通信

而命名管道则解决了这个问题，能让没有血缘关系的进程也能访问到同一个管道文件

命名管道的原理

在磁盘上创建一个命名管道文件，利用文件名来表示管道的唯一性，只要打开相同的文件名，就能访问到相同的管道文件。两个进程通过open分别以读和写打开文件，利用write和read就能完成进程间通信，也不需要血缘关系。

需要注意的是，文件名只是用来标识唯一性，数据的传输更匿名管道一样，完全是内存级的。

如何创建命名管道

方法一：系统指令 mkfifo

方法二：系统调用 mkfifo（const char* 文件名，mode_t 文件权限）

成功返回0，失败返回-1（包括文件已经存在的情况），并设置好退出码。

如何使用（代码案例）

用C/C++代码编译实现 client进程 和 server进程的通信案例 ：

1.client 进程从标准输入按行读取信息

2.通过管道传入到server进程中

3.由server进程读取并输出到标准输出流。

思路 

1.创建 client.c server.c myfifo.hpp 在头文件中定义命名管道的路径

2.client 和 server 都先调用mkfifo。若返回-1根据errno判断是否存在。若errno不为-1则终止进程返回退出码

3.client 调用open 以只写的方式打开，server以只写的方式打开管道文件

4.client调用write server调用read 完成通信

实现

头文件: myfifo.hpp

#pragma once
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<stdio.h>
//文件路径 隐藏文件
#define fifo_path "./.myfifo"
#define fifo_mode 0666
//缓冲区大小
#define buffer_size 128

源文件：client.c server.c

client.c: 

#include"myfifo.hpp"
int main(){
    //创建命名管道
    int mkfifo_ret=mkfifo(fifo_path,fifo_mode);
    //判断是否存在
    if(mkfifo_ret==-1&&errno!=EEXIST)
        return errno;
    //打开管道 只写
    int myfifo_fd= open(fifo_path,O_WRONLY);
    char client_buffer[buffer_size];
    while(1){
        //从标准输入读取数据
        printf("请输入:> ");
        fflush(stdout);
        ssize_t read_ret=read(0,client_buffer,buffer_size-1);
        //保证安全性
        assert(read_ret<buffer_size);
        client_buffer[read_ret]=0;
        //像管道写入
        write(myfifo_fd,client_buffer,read_ret+1);
        if(strcmp(client_buffer,"_exit\n")==0)
            break;
    }
    //关闭写端 server会读取到EOF
    close (myfifo_fd);
    return 0;
}

server.c 

#include"myfifo.hpp"
int main(){
    //创建命名管道
    int mkfifo_ret=mkfifo(fifo_path,fifo_mode);
    //判断是否存在
    if(mkfifo_ret==-1&&errno!=EEXIST)
        return errno;
    //打开管道 只读
    int myfifo_fd= open(fifo_path,O_RDONLY);
    char server_buffer[buffer_size];
    //从管道接收数据
    while(1){
        ssize_t read_ret=read(myfifo_fd,server_buffer,buffer_size-1);
        if(read_ret==0)
            break;
        //保证安全性
        assert(read_ret<=buffer_size);
        //输出到标准输出
        printf("服务器收到:> %s",server_buffer);
    }
    close(myfifo_fd);
    return 0;
}

运行效果