Linux进程间通信的几种方法-半双工管道，命名管道，消息队列

1、半双工管道

简单实现

半双工管道可以实现父进程和子进程之间或者子进程之间（前提是有共同的祖先）的通信

因为是半双工，所以两端不可能同时读取，而是一端读一端取，而且当一端分配到读任务后，那么他就固定了，不能再担当写的角色了，相反亦然。

测试程序如下：

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#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

int main(void)

{

int fd[2],nbytes;

pid_t childpid;

char string[] = "Hello, World!\n";

char readbuffer[80];

pipe(fd);

int w_fd = fd[1];//写

int r_fd = fd[0];//读

if((childpid = fork()) == -1)

{

perror("fork");

exit(1);

}

if(childpid == 0)

{

close(r_fd);//关闭读

write(w_fd,string,strlen(string));

exit(0);

}

else

{

close(w_fd);关闭写

nbytes = read(r_fd, readbuffer,sizeof(readbuffer));

printf("Received string:%s\n",readbuffer);

}

return 0;

}

不能看出，为什么半双工管道两端是单一角色了，因为开始读或者写之前必须关闭写或读的fd

半双工管道的阻塞性

写端对读端具有依赖性：假如读端被关闭了，那么再写入管道就没有意义的，此时写入管道会返回-1。

阻塞性：

上例程序的这句代码 bytes = read(r_fd, readbuffer,sizeof(readbuffer));

指明了管道的大小，即为sizeof(readbuffer)，写入比该数子大的数据时，先只会写sizeof(readbuffer)个数据到管道，然后写端阻塞，等待读端取走数据，然后按同样的规则写入剩余的部分，这个也体现了写入操作的非原子性。写请求字节数还有一个最大阀值，在/usr/include/linux有文件 limits.h中宏定义

#define PATH_MAX 4096

此时，假如指明的管道大小大于PATH_MAX ，系统会按这个PATH_MAX 作为写请求最大字节数。

2、命名管道

先说说命名管道相比半双工管道的优势，不再需要进程之间有亲属关系了，因为是以一种文件的形式存在，所以对文件的大部分操作都支持。建立命名管道的方法为int makefifo(const char *pathname, mode_t mode);

先解释下这个函数，pathname为管道名称，mode为建立管道的选项，返回值0为成功，-1为失败。

命名管道的阻塞性：

阻塞性可通过mode参数指定：

1、当以阻塞（未指定O_NONBLOCK）方式只读打开FIFO的时候，则将会被阻塞，知道有其他进程以写方式打开该FIFO。

2、类似的，当以阻塞（未指定O_NONBLOCK）方式只写打开FIFO的时候，则将会被阻塞，知道有其他进程以读方式打开该FIFO。

3、当以非阻塞方式（指定O_NONBLOCK）方式只读打开FIFO的时候，则立即返回-1，其errno是ENXIO。

测试程序

server.c

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#include<stdio.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#include<fcntl.h>

#include<unistd.h>

#define FIFO_CHANNEL "my_fifo" /* 宏定义，fifo路径 */

int main()

{

int fd;

char buf[80];

if(mkfifo(FIFO_CHANNEL,0777)==-1) /* 创建命名管道，返回-1表示失败 */

{

perror("Can't create FIFO channel");

return 1;

}

if((fd=open(FIFO_CHANNEL,O_RDONLY))==-1) /* 以只读方式打开命名管道 */

{

perror("Can't open the FIFO");

return 1;

}

while(1) /* 不断从管道中读取信息 */

{

read( fd, buf, sizeof(buf) );

printf("Message from Client: %s\n",buf );

sleep(3); /* sleep 3s */

}

close(fd); /* 关闭管道 */

return 0;

}

client.c

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#include<stdio.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/stat.h>

#include<fcntl.h>

#include<unistd.h>

#define FIFO_CHANNEL "my_fifo" /* 宏定义，fifo路径 */

int main()

{

int fd;

char s[]="Hello!";

if((fd=open(FIFO_CHANNEL,O_WRONLY))==-1) /* 以读写方式打开命名管道，返回-1代表失败 */

{

perror("Can't open the FIFO");

return 1;

}

while(1) /* 不断向管道中写信息 */

{

write( fd, s, sizeof(s) );

printf("Write: %s\n",s);

sleep(3); /* sleep 3s */

}

close(fd); /* 关闭管道 */

return 0;

}

结果截图：



此时文件系统中会多一个my_fifo的特殊文件。

3、消息队列

先介绍消息队列常用函数

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#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char* pathname,int proj_id);

注意： pathname必须是已经存在的目录

系统建立IPC通讯（如消息队列、共享内存时）必须指定一个ID值。通常情况下，该id值通过该ftok函数得到。

需要用 mkdir -p /ipc/msg

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#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key,int msgflag);

获取消息的msgget()函数，第一个参数为键值，msgflag可以指定参数

IPC_CREATE:如果在内存中不存在该队列，则创建它

IPC_EXCL:当与IPC_CREATE一起使用时，如果队列早已存在则将出错

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#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

发送消息msgsnd()函数，第一个参数为msgget返回值，第二个参数为消息缓冲区，第三个参数为消息长度，msgflg可以设置为0（表示忽略），也可只是为IPC_NOWAIT，如果消息队列已满，则消息将不会被写入队列中，未设IPC_NOWAIT，将会阻塞，直到可以写消息为止。

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#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

接受消息msgrcv，第一个参数由msgget指定，第二个参数指定缓冲区，第三个参数代表缓冲区大小，不包括mtype成员的长度，第四个参数指定要从队列中获取的消息类型。msgflg可设置为IPC_NOWAIT功能同上。

[cpp] view
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#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

消息控制msgctl函数，该函数向内核发送一个cmd命令，内核根据此来判断进行何种操作。

IPC_STAT 获取队列的msqid _ds结构

IPC_SET 设置队列的msqid_ds结构的ipc_perm成员值

IPC_RMID内核删除队列

以下为消息队列的一个例子：

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<p>#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/msg.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/ipc.h></p><p>void msg_show_attr(int msg_id, struct msqid_ds msg_info)

{

int ret = -1;

sleep(1);

ret = msgctl(msg_id, IPC_STAT, &msg_info);

if( -1 == ret)

{

printf("获得消息信息失败\n");

return ;

}

printf("\n");

printf("现在队列中的字节数：%d\n",msg_info.msg_cbytes);

printf("队列中消息数：%d\n",msg_info.msg_qnum);

printf("队列中最大字节数：%d\n",msg_info.msg_qbytes);

printf("最后发送消息的进程pid：%d\n",msg_info.msg_lspid);

printf("最后接收消息的进程pid：%d\n",msg_info.msg_lrpid);

printf("最后发送消息的时间：%s",ctime(&(msg_info.msg_stime)));

printf("最后接收消息的时间：%s",ctime(&(msg_info.msg_rtime)));

printf("最后变化时间：%s",ctime(&(msg_info.msg_ctime)));

printf("消息UID是：%d\n",msg_info.msg_perm.uid);

printf("消息GID是：%d\n",msg_info.msg_perm.gid);

}</p><p>

int main(void)

{

int ret = -1;

int msg_flags, msg_id;

key_t key;

struct msgmbuf{

int mtype;

char mtext[10];

};

struct msqid_ds msg_info;

struct msgmbuf msg_mbuf;

int msg_sflags,msg_rflags;

char *msgpath = "/ipc/msg/";

key = ftok(msgpath,'b');

if(key != -1)

{

printf("成功建立KEY\n");

}

else

{

printf("建立KEY失败\n");

}

msg_flags = IPC_CREAT|IPC_EXCL;

msg_id = msgget(key, msg_flags|0x0666);

if( -1 == msg_id)

{

printf("消息建立失败\n");

return 0;

}

msg_show_attr(msg_id, msg_info);

msg_sflags = IPC_NOWAIT;

msg_mbuf.mtype = 10;

memcpy(msg_mbuf.mtext,"测试消息",sizeof("测试消息"));

ret = msgsnd(msg_id, &msg_mbuf, sizeof("测试消息"), msg_sflags);

if( -1 == ret)

{

printf("发送消息失败\n");

}

msg_show_attr(msg_id, msg_info);

msg_rflags = IPC_NOWAIT|MSG_NOERROR;

ret = msgrcv(msg_id, &msg_mbuf, 10,10,msg_rflags);

if( -1 == ret)

{

printf("接收消息失败\n");

}

else

{

printf("接收消息成功，长度：%d\n",ret);

}

msg_show_attr(msg_id, msg_info);

msg_info.msg_perm.uid = 8;

msg_info.msg_perm.gid = 8;

msg_info.msg_qbytes = 12345;

ret = msgctl(msg_id, IPC_SET, &msg_info);

if( -1 == ret)

{

printf("设置消息属性失败\n");

return 0;

}

msg_show_attr(msg_id, msg_info);

ret = msgctl(msg_id, IPC_RMID,NULL);

if(-1 == ret)

{

printf("删除消息失败\n");

return 0;

}

return 0;

}</p>