IPC（進程間通信）——管道通信

1.什麼是進程間通信？

​ 進程是一個獨立的資源分配單元，不同進程之間的資源是獨立的，沒有關聯，不能在一個進程中直接訪問另一個進程的資源。

​ 然而，進程不是孤立的，不同的進程需要進行信息的交互和狀態的傳遞登，因此需要進程間通信。

​ 簡言之，進程間通信是實現多進程配合工作的方式與手段。

2.進程間通信的功能包括什麼？並簡單描述。

• 數據傳輸：一個進程需要將它的數據發送給另一個進程。
• 資源共享：多個進程之間共享同樣的資源。
• 通知事件：一個進程需要向一個或一組進程發送消息，通知它們發生了某種事件。
• 進程控制：有些進程希望完全控制另一個進程的執行，此時控制進程希望能夠連接另一個進程的所有操作，並能夠及時知道它的狀態改變。

3.管道的（侷限性）優缺點

優點：

• 管道存在於內存中，讀寫效率很高
• 簡單易用，不需要複雜的編程實現

缺點：

• 半雙工，數據在統一時刻只能在一個方向上流動
• 管道沒有名字，只能在具有公共祖先的進程之間使用
• 管道的緩衝區是有限的，在Linux中，緩衝區大小固定爲4KByte
• 管道所傳誦的數據是無格式的，這要求管道的讀出方與寫入方必須事先約定好數據的格式
• 數據只能由一端寫入，另一端讀出
• 從管道讀數據是一次性操作，數據一旦被讀走，它就從管道中被拋棄，釋放空間以便寫更多數據。

4.利用dup函數實現標準輸出重定向（重定向到一個文件中）

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

int main(){
    int fd1, fd2;
    char buf[] = "hello world";
    
    fd1 = open("out", O_CREAT | O_WRONLY, 0777);
    if(fd1 < 0){
        perror("open");
        exit(-1);
    }
    fd2 = dup2(fd1, 1);
    
    printf("std output:%s\n", buf);
    return 0;
}

運行截圖：

5.編程實現無名管道通信，父進程向子進程發送字符串”hello world”

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

int main(){
    int fd_pipe[2];
    char buf[] = "hello world";
    pid_t pid;
    
    if(pipe(fd_pipe)<0){
        perror("pipe");
    }
    
    pid = fork();
    if(pid < 0){
        perror("fork");
        exit(-1);
    }
    if(pid == 0){
        close(fd_pipe[1]);
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        read(fd_pipe[0], buf, sizeof(buf));
        printf("from parent: %s\n", buf);
    }
    else{
        close(fd_pipe[0]);
        write(fd_pipe[1], buf, sizeof(buf));
        wait(NULL);
    }
        
    return 0;
}

運行截圖：