Linux内核学习8：进程间通信（1）——基本概念与管道通信

关于进程间通信的问题，是处理并发进程的一个重点问题

为什么要进行进程间的通信？

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：多个进程之间共有一个资源，特别是临界资源
通知事件：一个进程需要向另一组进程发送消息，通知它们发生了某种事件
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操作，并能够及时知道它状态的改变

1：Linux进程通信（IPC）的发展历程

UNIX进程间通信
基于system V进程间通信
POSIX进程通信

说明：POSIX：portable operating system interface

表示可移植操作系统接口：由IEEE开发的接口标准，提高UNIX环境下应用程序的可移植性。这个可移植操作系统接口，当某几个操作系统支持POSIX，则不需要修改直接可以使用。

system V：Linux系统独有的，自带的通信方式接口。

2：进程间通信方式

管道（pipe）和有名管道（FIFO）
信号（signal）
消息队列
信号量
共享内存
套接字（socket）

2.1管道通信

2.1.1什么是管道？

特点：

A：它把一个进程的输出和另一个进程的输入连接在一起

B：（写进程）一个进程在管道尾部写入数据，另一个进程从管道的头部读出数据（读数据）

C：数据被一个进程读出后，将从管道中删除，其他的读进程不会读到

具体的流程如下图所示：



2.1.2 管道创建

概述：无名管道与有名管道之间的区别

无名管道：用于父进程与子进程之间的通信

有名管道：用于同一系统中任意两个进程之间的通信

（1）无名管道的创建——pipe函数创建

int pipe（int filedis[2]）;

说明：当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：

filedis[0]用于读管道（指向管道头部），filedis[1]用于写管道（指向尾部）。

（2）关闭：只需要将两个文件描述符关闭即可，用close函数逐个关闭

（3）步骤

上面提到了无名管道主要用于父子进程之间的通信，那么具体的步骤如下：

先创建一个管道
在通过fork函数创建一个进程，该进程会继承父进程所创建的管道

图示：



说明：在创建子进程之前必须先调用pipe()，否则进程将不会继承文件描述符

而子进程操作管道前需要知道管道文件描述符

目的：是因为父子进程使用一个管道。

案列：使用pipe实现两个进程之间的通信。在父进程中写端写入数据，通过子进程读出数据

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
int pipe_fd[2];
pid_t pid;
char buf_r[100];
char* p_wbuf;
int r_num;
memset (buf_r,0,sizeof(buf_r));
/*create gd*/
if(pipe(pipe_fd)<0)
{
printf("pipe create error\n");
return -1;
}
/*create child process*/
if((pid=fork())==0)//child process do
{
printf("\n");
close(pipe_fd[1]);
sleep(2);//let parent process running
if((r_num=read(pipe_fd[0],buf_r,100))>0)
{
printf("%d numbers read from the pipe is %s\n",r_num,buf_r);
}
close(pipe_fd[0]);
exit(0);
}
else if(pid>0)//father process do
{
close(pipe_fd[0]);
if(write(pipe_fd[1],"hello",5)!=-1)
printf("parent write1 hello!\n");
if(write(pipe_fd[1],"pipe",5)!=-1)
printf("parent write2 pipe!\n");
close(pipe_fd[1]);
waitpid(pid,NULL,0);
exit(0);
}
return 0;
}

（2）有名名管道的创建——mkfifo函数创建

1：有名管道基本概念

上一节中提到了，无名管道是用于父子进程之间的通信，而有名管道是用于任意两个进程之间的通信。

且有名管道在一些特点上更类似于文件，其具有文件名、文件属性以及存放路径等信息，也就是说利用有名管道进行操作后，我们可以在相应的路径下查找到它，更有利于编程的需要和操作，且有名管道遵循先进先出的原则。

2：有名管道的具体用法

其基本步骤如下：

先利用mkfio创建一个有名管道

然后像操作一个文件一样通过open（）、close()打开和关闭，通过write和read进行读写操作

创建有名管道——mkfio

函数原型：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfio(const char *pathname,mode_t mode);

参数说明：

pathname:创建有名管道对应的实名文件路径

mode:文件权限

3：实例

要求：创建两个进程，在A进程中创建一个有名管道，并向内写入数据，通过B进程从有名管道中读出数据

/****read.c*****/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define FIFO "/tmp/myfifo"
int main(int argc,char** argv)
{
char buf_r[100];
int fd;
int nread;
printf("preparing for reading bytes...\n");
memset (buf_r,0,sizeof(buf_r));
/******open FIFO*****/
fd=open(FIFO,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);
if(fd==-1)
{
perror("open");
exit(1);
}
while(1)
{
memset (buf_r,0,sizeof(buf_r));
if((nread=read(fd,buf_r,100))==-1)
{
if(errno==EAGAIN)
printf("no data yet\n");
}
printf("read %s from FIFO\n",buf_r);
sleep(1);
}
close(fd);
pause();
unlink(FIFO);
}

/****write.c*****/
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#define FIFO_SERVER  "/tmp/myfifo"
int main(int argc,char** argv)
{
int fd;
char w_buf[100];
int nwrite;
/*******create fifo********/
if((mkfifo(FIFO_SERVER,O_CREAT|O_EXCL|O_RDWR)<0)&&
(errno!=EEXIST))
{
printf("cannot create fifoserver\n");
}
/********open fifo********/
fd=open("/tmp/myfifo",O_WRONLY|O_NONBLOCK,0);
if(fd==-1)
{
perror("open");
exit(1);
}
/******parameter test*******/
if(argc==1)
{
printf("please send something\n");
exit(-1);
}
strcpy(w_buf,argv[1]);
/*******write into ifio****/
if((nwrite=write(fd,w_buf,100))==-1)
{
if(errno==EAGAIN)
printf("The FIFO has not been read yet.Please             try later\n");
}
else
{
printf("write %s to the FIFO\n",w_buf);
}
close(fd);
return 0;
}