linux环境下,进程地址空间相互独立,每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另外一个进程中都看不到,所以进程和进程之间不能相互访问,要交互数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程1把数据从用户空间拷贝到内核缓冲区,进程2再从内核缓冲区中把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信(IPC,InterProcess Communication)。
在进程间完成数据传递需要借助操作系统提供的特殊方法:如:文件、管道、信号、共享内存、消息队列、套接字、命名管道等。随着计算机的蓬勃发展,一些方法由于自身缺陷被淘汰或者弃用,目前常用的进程间通信方式有:
1.管道(使用最简单)
2.信号(开销小)
3.共享映射区(无血缘关系)
4.本地套接字(最稳定)
管道是一种最基本的IPC机制,作用于有血缘关系的进程之间,完成数据传递。调用pipe系统函数即可创建一个管道,
特征:
1.其本质是一个伪文件系统(实为内核缓冲区)
2.由两个文件描述符引用,一个表示读端,一个表示写端
3.规定数据从管道的写端流入管道,从读端流出
管道的原理:管道实为内核使用环形队列机制,借助内核缓冲区(4K)实现。
管道的局限性:
1.数据不能进程自己写,自己读。
2.管道中数据不可反复读,一旦读走,管道中不再存在。
3.采用半双工通信方式,数据只能在单方向上流动。
4.只能在有公共祖先的进程间使用管道。
int pipe(int pipefd[2]);
成功:返回0
失败:返回-1,这是errno
函数调用成功返回r/w两个文件描述符,无需open,但需手动close。规定fd[0]->r,fd[1]->w,就像0对应标准输入,1,对应标准输出一样。向管道文件读写数据其实就是在读写内核缓冲区。
管道创建成功后,创建该管道的进程(父进程)同时掌握着管道的读端和写端。
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid;
int fd[2];
char *str = "hello pipe
";
char buf[1024];
int ret = pipe(fd);
if(ret==-1)
{
perror("pipe error");
exit(1);
}
pid = fork();
if(pid==-1)
{
perror("fork error");
exit(1);
}
else if(pid>0)
{
close(fd[0]);//关闭读端
write(fd[1],str,strlen(str));
close(fd[1]);
sleep(1);
}
else
{
close(fd[1]);//关闭写段
int ret = read(fd[0],buf,sizeof(buf));
close(fd[0]);
write(STDOUT_FILENO,buf,ret);
}
return 0;
}
管道的读写行为:
读管道:
1.管道有数据:read返回实际读到的字节数
2.管道无数据:
1)无写端,read返回0(类似读到文件尾)
2)有写端,read阻塞等待
写管道:
1.无读端,异常终止(SIGPIPE导致的)
2.有读端:
1)管道已满,阻塞等待
2)管道未满,返回写入的字节个数。
例子:
使用管道实现父子进程间通信,完成ls | wc-l,假定父进程实现ls,子进程实现wc。
ls命令正常会将结果写到stdout,但现在会写入管道的写端;wc -l正常应该从stdin读取数据,但此时会从管道的读端读。
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid;
int fd[2];
int ret = pipe(fd);
if(ret==-1)
{
perror("pipe error");
exit(1);
}
pid = fork();
if(pid==-1)
{
perror("fork error");
exit(1);
}
else if(pid>0)
{
close(fd[0]);//关闭读端
dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);//注意这里execlp后依然有效
execlp("ls","ls",NULL);
perror("execlp error");
}
else
{
close(fd[1]);//关闭写段
dup2(fd[0],STDIN_FILENO);
execlp("wc","wc","-l",NULL);
perror("execlp error");
}
return 0;
}
兄弟进程间通信
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid;
int fd[2];
int ret = pipe(fd);
int wpid;
if(ret==-1)
{
perror("pipe error");
exit(1);
}
for(int i=1;i<=2;i++)
{
pid = fork();
if(pid==-1)
{
perror("fork error");
exit(1);
}
else if(pid==0 && i==1)
{
close(fd[0]);//关闭读端
dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);
execlp("ls","ls",NULL);
perror("execlp error");
}
else if(pid==0 && i==2)
{
close(fd[1]);//关闭写端
dup2(fd[0],STDIN_FILENO);
execlp("wc","wc","-l",NULL);
perror("execlp error");
}
}
close(fd[0]);//这里得关闭父进程的读写端
close(fd[1]);
while((wpid=waitpid(-1,NULL,0))!=-1)
{
printf("wait child %d
",wpid);
}
return 0;
}
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid;
int fd[2];
int ret = pipe(fd);
int i;
if(ret==-1)
{
perror("pipe error");
exit(1);
}
for(i=1;i<=2;i++)
{
pid = fork();
if(pid==-1)
{
perror("fork error");
exit(1);
}
else if(!pid)
{
break;
}
}
if(i==3)
{
close(fd[0]);//父进程关闭读写端
close(fd[1]);
wait(NULL);
wait(NULL);
}
else if(i==1)
{
close(fd[0]);//关闭读端
dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);
execlp("ls","ls",NULL);
perror("execlp error");
}
else if(i==2)
{
close(fd[1]);//关闭写端
dup2(fd[0],STDIN_FILENO);
execlp("wc","wc","-l",NULL);
perror("execlp error");
}
return 0;
}
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