linux進程間通信--管道

作爲進程間通信的第一篇，那麼先來講述一下什麼是進程間通信吧；
因爲每個進程各⾃有不同的⽤戶地址空間,任何⼀個進程的全局變量在另⼀個進程中都看不到所以進程之間要交換數據必須通過內核,在內核中開闢⼀塊緩衝區,進程1把數據從⽤戶空間拷到內核緩衝區,進程2再從內核緩衝區把數據讀⾛,內核提供的這種機制稱爲進程間通信(IPC,InterProcess Communication)。

先來說進程間通信第一種方法–匿名管道；

其實進程間通信的區別就是在於內核提供的緩衝區的不同，所有才有了不同的通信方法，其本質都是爲了讓不同的進程看到同一片公共的資源就好了；

管道其實可以當作文件來看待，可以理解爲兩個進程在內存中看到了同一個文件；
管道是由int pipe(int filedes[2]) 創建出來的，然後它有⼀個讀端⼀個寫端,然後通
過filedes參數傳出給⽤戶程序兩個⽂件描述符,filedes[0]指向管道的讀端,filedes[1]指向管道的
寫端(很好記,就像0是標準輸⼊1是標準輸出⼀樣)。所以管道在⽤戶程序看起來就像⼀個打開
的⽂件,通過read(filedes[0]);或者write(filedes[1]);向這個⽂件讀寫數據其實是在讀寫內核緩衝
區。pipe函數調⽤成功返回0,調⽤失敗返回-1。

其過程可以理解：
1.父進程創建管道
⽗進程調⽤pipe開闢管道,得到兩個⽂件描述符指向管道的兩端

2.父進程fork（）出子進程
⽗進程調⽤fork創建⼦進程,那麼⼦進程也有兩個⽂件描述符指向同⼀管道

3.父進程關閉fd[0]，子進程關閉fd[1]
⽗進程關閉管道讀端,⼦進程關閉管道寫端。⽗進程可以往管道⾥寫,⼦進程可以從管道⾥
讀,管道是⽤環形隊列實現的,數據從寫端流⼊從讀端流出,這樣就實現了進程間通信

接下來我們可以實際測試一下：

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

int main()
{
    int _pipe[2];
    int ret = pipe(_pipe);//創建管道
    if(ret == -1)//如果pipe失敗
    {
        printf("pipe apply for error!");
        return 1;
    }

    pid_t id = fork();
    if(id < 0)//如果fork失敗
    {
        printf("fork creation fails!");
        return 2;
    }
    else if(id == 0)
    {//child
        close(_pipe[0]);
        char* str = "yang";
        write(_pipe[1],str,strlen(str));
    }
    else
    {//father
        close(_pipe[1]);
        char str[10]={0};
        read(_pipe[0],str,sizeof(str));
        printf("%s\n",str);

        int status = 0;
        pid_t ret1=waitpid(id,&status,0);//等待回收子進程

    }
    return 0;
}

然後運行程序：

我們發現子進程成功的打出了父進程傳過去的yang；

但是管道只支持單項通信也就是,比如上面的例子,⽗進程寫⼦進程讀,如果有時候也需要⼦進程寫⽗進程讀,就必須另開⼀個管道。

正是因爲管道是從父進程那裏繼承來的文件描述符表，所有兩個進程要想利用管道通信，就必須要具有血緣關係纔可以；

有了正常的通信之後，就必須來思考一些比較特殊的邊緣效應了；
1. 如果所有指向管道寫端的⽂件描述符都關閉了(管道寫端的引⽤計數等於0),⽽仍然有進程從管道的讀端讀數據,那麼管道中剩餘的數據都被讀取後,再次read會返回0,就像讀到⽂件末尾⼀樣。

最後結果

2.如果有指向管道寫端的⽂件描述符沒關閉(管道寫端的引⽤計數⼤於0),⽽持有管道寫端的進程也沒有向管道中寫數據,這時有進程從管道讀端讀數據,那麼管道中剩餘的數據都被讀取後,再次read會阻塞,直到管道中有數據可讀了纔讀取數據並返回。

最後結果在次阻塞等待

3.如果所有指向管道讀端的⽂件描述符都關閉了(管道讀端的引⽤計數等於0),這時有進程向管道的寫端write,那麼該進程會收到信號SIGPIPE,通常會導致進程異常終⽌。
這裏我用了信號捕獲，這個如果不懂的可直接跳過，只需要知道我把它發的信號捕捉了出來

13號信號也就是SIGPIPE

4. 如果有指向管道讀端的⽂件描述符沒關閉(管道讀端的引⽤計數⼤於0),⽽持有管道讀端的進程也沒有從管道中讀數據,這時有進程向管道寫端寫數據,那麼在管道被寫滿時再次write會阻塞,直到管道中有空位置了才寫⼊數據並返回。

當其寫滿之後便不再寫入

直到有進程讀取，纔再次寫入