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分类: LINUX

2012-05-29 19:13:29

   前面我们学习了一下进程,我们知道多,进程间的地址空间相对独立。进程与进程间不能像线程间通过全局变量通信。 如果想进程间通信,就需要其他机制。
    
    常用的进程间通信方式有这几种

A.传统的进程间通信方式
无名管道(pipe)、有名管道(fifo)和信号(signal)

B.System v IPC对象
共享内存(share memory)、消息队列(message queue)和信号灯(semaphore)

C.BSD
套接字(socket)

一、无名管道(pipe)

1.1管道的介绍

A.管道是半双工的,数据只能向一个方向流动;需要双方通信时,需要建立起两个管道

B.只能用于父子进程或者兄弟进程之间(具有亲缘关系的进程);

C.单独构成一种独立的文件系统:管道对于管道两端的进程而言,就是一个文件,但它不是普通的文件,它不属于某种文件系统,而是自立门户,单独构成一种文件系统,并且只存在与内存中

D.数据的读出和写入:一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾,并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

1.2管道的创建



解释如下 :



从以上我们可以知道:

管道是基于文件描述符的通信方式。当一个管道建立时,它会创建两个文件描述符fd[0]和fd[1]。其中fd[0]固定用于读管道,而fd[1]固定用于写管道,一般文件I/O的函数都可以用来操作管道(lseek除外)。



我们来测试一下管道的大小:

案例一、



单独创建一个无名管道,并没有实际的意义。我们一般是在一个进程在由pipe()创建管道后,一般再由fork一个子进程,然后通过管道实现父子进程间的通信(因此也不难推出,只要两个进程中存在亲缘关系,这里的亲缘关系指的是具有共同的祖先,都可以采用管道方式来进行通信)。

1.3无名管道的读写规则探究

A.从管道中读取数据

<1>写端不存在时,此时则认为已经读到了数据的末尾,读函数返回的读出字节数为0;


  1. #include <stdio.h>
  2. #include <unistd.h>
  3. #include <stdlib.h>

  4. int main()
  5. {
  6.     int n;
  7.     int fd[2];
  8.     int count = 0;
  9.     char buf[100] = {0};

  10.     if(pipe(fd) < 0)
  11.     {
  12.         perror("Fail to create pipe");
  13.         exit(EXIT_FAILURE);
  14.     }
  15.     
  16.     close(fd[1]);
  17.     
  18.     if((n = read(fd[0],buf,sizeof(buf))) < 0)
  19.     {
  20.         perror("Fail to read pipe");
  21.         exit(EXIT_FAILURE);
  22.     }

  23.     printf("Rread %d bytes : %s.\n",n,buf);

  24.     return 0;
  25. }

运行结果:



<2>写端存在时,如果请求的字节数目大于PIPE_BUF(ubuntu操作系统为65536),则返回管道中现有的数据字节数,如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF,则放回管道中现有数据字节数(此时,管道中数据量小于请求的数据量);或者返回请求的字节数(此时,管道中数据量不小于请求的数据量)

案例二、父进程向管道中写数据,子进程从管道中读取数据


点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <errno.h>
  4. #include <string.h>

  5. #define N 10
  6. #define MAX 100

  7. int child_read_pipe(int fd)
  8. {
  9.     char buf[N];
  10.     int n = 0;

  11.     while(1)
  12.     {
  13.         n = read(fd,buf,sizeof(buf));
  14.         buf[n] = '\0';

  15.         printf("Read %d bytes : %s.\n",n,buf);

  16.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
  17.             break;
  18.     }

  19.     return 0;
  20. }

  21. int father_write_pipe(int fd)
  22. {
  23.     char buf[MAX] = {0};
  24.     
  25.     while(1)
  26.     {
  27.         printf(">");
  28.         fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
  29.         buf[strlen(buf)-1] = '\0';
  30.         write(fd,buf,strlen(buf));
  31.         usleep(500);
  32.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
  33.             break;
  34.     }

  35.     return 0;
  36. }

  37. int main()
  38. {
  39.     int pid;
  40.     int fd[2];

  41.     if(pipe(fd) < 0)
  42.     {
  43.         perror("Fail to pipe");
  44.         exit(EXIT_FAILURE);
  45.     }

  46.     if((pid = fork()) < 0)
  47.     {
  48.         perror("Fail to fork");
  49.         exit(EXIT_FAILURE);

  50.     }else if(pid == 0){

  51.         close(fd[1]);
  52.         child_read_pipe(fd[0]);

  53.     }else{
  54.         
  55.         close(fd[0]);
  56.         father_write_pipe(fd[1]);
  57.     }
  58.     
  59.     exit(EXIT_SUCCESS);
  60. }

运行结果:



从以上验证我们可以看到:
<1>当写端存在时,管道中没有数据时,读取管道时将阻塞
<2>当读端请求读取的数据大于管道中的数据时,此时读取管道中实际大小的数据
<3>当读端请求读取的数据小于管道中的数据时,此时放回请求读取的大小数据

B.向管道中写入数据:

向管道中写入数据时,linux将不保证写入的原子性,管道缓冲区一有空闲区域,写进程就会试图向管道写入数据。当管道满时,读进程不读走管道缓冲区中的数据,那么写操作将一直阻塞。

注意:只有管道的读端存在时,向管道中写入数据才有意义。否则,向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIGPIPE信号,应用程序可以处理该信号,也可以忽略(默认动作则是使应用程序终止)。


  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <errno.h>
  4. #include <string.h>

  5. int main()
  6. {
  7.     int pid;
  8.     int n;
  9.     int fd[2];
  10.     char buf[1000 * 6] = {0};

  11.     if(pipe(fd) < 0)
  12.     {
  13.         perror("Fail to pipe");
  14.         exit(EXIT_FAILURE);
  15.     }

  16.     if((pid = fork()) < 0)
  17.     {
  18.         perror("Fail to fork");
  19.         exit(EXIT_FAILURE);

  20.     }else if(pid == 0){
  21.         
  22.         close(fd[1]);
  23.         sleep(5);
  24.         close(fd[0]);
  25.         printf("Read port close.\n");
  26.         sleep(3);

  27.     }else{

  28.         close(fd[0]);
  29.         
  30.         while(1)
  31.         {
  32.             n = write(fd[1],buf,sizeof(buf));
  33.             printf("Write %d bytes to pipe.\n",n);
  34.         }
  35.     
  36.     }

  37.     exit(EXIT_SUCCESS);
  38. }

运行结果:



探究发现,当管道数据满时,此时再向管道写数据,写端将阻塞。当读端不存在时,写端写数据,内核将向其发送SIGPIPE信号,默认是终止进程。

案例3:父进程读取文件的内容,写到无名管道,子进程从管道中读取内容写到另一个文件。
//思考:父进程什么时候结束,子进程什么时候结束?


点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  4. #include <errno.h>
  5. #include <sys/stat.h>
  6. #include <sys/types.h>
  7. #include <fcntl.h>

  8. #define MAX 100

  9. int child_work(int pfd,char *fname)
  10. {
  11.     int n,fd;
  12.     char buf[MAX];

  13.     if((fd = open(fname,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666)) < 0)
  14.     {
  15.         fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",fname,strerror(errno));
  16.         return -1;
  17.     }

  18.     while( n = read(pfd,buf,sizeof(buf)) )
  19.     {
  20.         write(fd,buf,n);
  21.     }
  22.     
  23.     close(pfd);

  24.     return 0;
  25. }

  26. int father_work(int pfd,char *fname)
  27. {
  28.     int fd,n;
  29.     char buf[MAX];

  30.     if((fd = open(fname,O_RDONLY)) < 0)
  31.     {
  32.         fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",fname,strerror(errno));
  33.         return -1;
  34.     }

  35.     while(n = read(fd,buf,sizeof(buf)))
  36.     {
  37.         write(pfd,buf,n);
  38.     }
  39.     
  40.     close(pfd);

  41.     return 0;
  42. }

  43. int main(int argc,char *argv[])
  44. {
  45.     int pid;
  46.     int fd[2];

  47.     if(argc < 3)
  48.     {
  49.         fprintf(stderr,"usage %s argv[1] argv[2].\n",argv[0]);
  50.         exit(EXIT_FAILURE);
  51.     }

  52.     if(pipe(fd) < 0)
  53.     {
  54.         perror("Fail to pipe");
  55.         exit(EXIT_FAILURE);
  56.     }

  57.     if((pid = fork()) < 0)
  58.     {
  59.         perror("Fail to fork");
  60.         exit(EXIT_FAILURE);
  61.     
  62.     }else if(pid == 0){
  63.         
  64.         close(fd[1]);
  65.         child_work(fd[0],argv[2]);
  66.     
  67.     }else{
  68.     
  69.         close(fd[0]);
  70.         father_work(fd[1],argv[1]);
  71.         wait(NULL);
  72.     }

  73.     exit(EXIT_SUCCESS);
  74. }

二、有名管道

1.1有名管道的介绍

无名管道,由于没有名字,只能用于亲缘关系的进程间通信.。为了克服这个缺点,提出了有名管道(FIFO)。

FIFO不同于无名管道之处在于它提供了一个路径名与之关联,以FIFO的文件形式存在于文件系统中,这样,即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程,只要可以访问该路径,就能够彼此通过FIFO相互通信,因此,通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值的注意的是,FIFO严格遵循先进先出(first in first out),对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据,对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。

注意:有名管道的名字存在于文件系统中,内容存放在内存中。

1.2有名管道的创建



该函数的第一个参数是一个普通的路劲名,也就是创建后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode参数相同。如果mkfifo的一个参数是一个已经存在路劲名时,会返回EEXIST错误,所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误,如果确实返回该错误,那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。

1.3有名管道的打开规则

有名管道比无名管道多了一个打开操作:open

FIFO的打开规则:

如果当前打开操作时为读而打开FIFO时,若已经有相应进程为写而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回;否则,可能阻塞到有相应进程为写而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志);或者,成功返回(当前打开操作没有设置阻塞标志)。

如果当前打开操作时为写而打开FIFO时,如果已经有相应进程为读而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回;否则,可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志);或者,返回ENIO错误(当期打开操作没有设置阻塞标志)。


案例:

A.open for  write


点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  4. #include <errno.h>
  5. #include <sys/types.h>
  6. #include <sys/stat.h>
  7. #include <fcntl.h>

  8. int main(int argc,char *argv[])
  9. {
  10.     int fd;

  11.     if(argc < 2)
  12.     {
  13.         fprintf(stderr,"usage : %s argv[1].\n",argv[0]);
  14.         exit(EXIT_FAILURE);
  15.     }
  16.     
  17.     if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)
  18.     {
  19.         fprintf(stderr,"Fail to mkfifo %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));
  20.         exit(EXIT_FAILURE);
  21.     }

  22.     if((fd = open(argv[1],O_WRONLY)) < 0)
  23.     {
  24.         fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));
  25.         exit(EXIT_FAILURE);
  26.     }

  27.     printf("open for write success.\n");
  28.     
  29.     return 0;
  30. }

B.open for read


点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  4. #include <errno.h>
  5. #include <sys/types.h>
  6. #include <sys/stat.h>
  7. #include <fcntl.h>

  8. int main(int argc,char *argv[])
  9. {
  10.     int fd;

  11.     if(argc < 2)
  12.     {
  13.         fprintf(stderr,"usage : %s argv[1].\n",argv[0]);
  14.         exit(EXIT_FAILURE);
  15.     }
  16.     
  17.     if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)
  18.     {
  19.         fprintf(stderr,"Fail to mkfifo %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));
  20.         exit(EXIT_FAILURE);
  21.     }

  22.     if((fd = open(argv[1],O_RDONLY)) < 0)
  23.     {
  24.         fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));
  25.         exit(EXIT_FAILURE);
  26.     }

  27.     printf("open for read success.\n");
  28.     
  29.     return 0;
  30. }

探究发现,如果open时没有使用O_NONBLOCK参数,我们发现不论读端还是写端先打开,先打开者都会阻塞,一直阻塞到另一端打开。

读者自己可以探究,如果open时使用了O_NONBLOCK参数,此时打开FIFO 又会是什么情况?

1.4有名管道的读写规则

A.从FIFO中读取数据

约定:如果一个进程为了从FIFO中读取数据而以阻塞的方式打开FIFO, 则称内核为该进程的读操作设置了阻塞标志

<1>如果有进程为写而打开FIFO,且当前FIFO内没有数据,则对于设置了阻塞标志的读操作来说,将一直阻塞。对于没有设置阻塞标志读操作来说返回-1,当前errno值为EAGAIN,提醒以后再试。

<2>对于设置阻塞标志的读操作说,造成阻塞的原因有两种:当前FIFO内有数据,但有其他进程正在读这些数据;另外就是FIFO内没有数据。解阻塞的原因则是FIFO中有新的数据写入,不论写入数据量的大小,也不论读操作请求多少数据量。

<3>如果没有进程写打开FIFO,则设置了阻塞标志的读操作会阻塞

<4>如果写端关闭,管道中有数据读取管道中的数据,如果管道中没有数据读端将不会继续阻塞,此时返回0。

注意:如果FIFO中有数据,则设置了阻塞标志的读操作不会因为FIFO中的字节数小于请求读的字节数而阻塞,此时,读操作会返回FIFO中现有的数据量。

B.向FIFO中写入数据

约定:如果一个进程为了向FIFO中写入数据而阻塞打开FIFO,那么称该进程内的写操作设置了阻塞标志。

对于设置了阻塞标志的写操作:

<1>当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时,linux将保证写入的原子性。如果此时管道空闲缓冲区不足以容纳要写入的字节数,则进入睡眠,直到当缓冲区中能够容纳写入的字节数时,才开始进行一次性写操作。

<2>当要写入的数据量大于PIPE_BUF时,Linux将不再保证写入的原子性。FIFO缓冲区一有空闲区域,写进程就会试图向管道写入数据,写操作在写完所有请求写的数据后返回。

对于没有设置阻塞标志的写操作:

<1>当要写入的数据量大于PIPE_BUF时,linux将不再保证写入的原子性。在写满所有FIFO空闲缓冲区后,写操作返回。

<2>当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时,linux将保证写入的原子性。如果当前FIFO空闲缓冲区能够容纳请求写入的字节数,写完后成功返回;如果当前FIFO空闲缓冲区不能够容纳请求写入的字节数,则返回EAGAIN错误,提醒以后再写。

注意:只有读端存在,写端才有意义。如果读端不在,写端向FIFO写数据,内核将向对应的进程发送SIGPIPE信号(默认终止进程);

案例一、

write to FIFO


  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  4. #include <errno.h>
  5. #include <sys/types.h>
  6. #include <sys/stat.h>
  7. #include <fcntl.h>

  8. #define MAX 655360

  9. int main(int argc,char *argv[])
  10. {
  11.     int n,fd;
  12.     char buf[MAX];

  13.     if(argc < 2)
  14.     {
  15.         fprintf(stderr,"usage : %s argv[1].\n",argv[0]);
  16.         exit(EXIT_FAILURE);
  17.     }
  18.     
  19.     if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)
  20.     {
  21.         fprintf(stderr,"Fail to mkfifo %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));
  22.         exit(EXIT_FAILURE);
  23.     }

  24.     if((fd = open(argv[1],O_WRONLY )) < 0)
  25.     {
  26.         fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));
  27.         exit(EXIT_FAILURE);
  28.     }

  29.     printf("open for write success.\n");

  30.     while(1)
  31.     {
  32.         printf(">");
  33.         scanf("%d",&n);

  34.         n = write(fd,buf,n);
  35.         printf("write %d bytes.\n",n);
  36.     }
  37.     
  38.     exit(EXIT_SUCCESS);
  39. }

read from FIFO


点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  4. #include <errno.h>
  5. #include <sys/types.h>
  6. #include <sys/stat.h>
  7. #include <fcntl.h>

  8. #define MAX 655360

  9. int main(int argc,char *argv[])
  10. {
  11.     int fd,n;
  12.     char buf[MAX];

  13.     if(argc < 2)
  14.     {
  15.         fprintf(stderr,"usage : %s argv[1].\n",argv[0]);
  16.         exit(EXIT_FAILURE);
  17.     }
  18.     
  19.     if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)
  20.     {
  21.         fprintf(stderr,"Fail to mkfifo %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));
  22.         exit(EXIT_FAILURE);
  23.     }

  24.     if((fd = open(argv[1],O_RDONLY )) < 0)
  25.     {
  26.         fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",argv[1],strerror(errno));
  27.         exit(EXIT_FAILURE);
  28.     }
  29.     
  30.     printf("open for read success.\n");

  31.     while(1)
  32.     {
  33.         printf(">");
  34.         scanf("%d",&n);
  35.         
  36.         n = read(fd,buf,n);
  37.     
  38.         printf("Read %d bytes.\n",n);

  39.     }

  40.     exit(EXIT_SUCCESS);
  41. }

读者可以将这两个程序运行,然后输入read和write   FIFO大小就可以看到效果。





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给主人留下些什么吧!~~

鱼在水里游19902014-11-03 17:00:04

acc7654321:哈哈,有名管道和无名管道都做出来了,但只能用文件IO来读写,为什么不能用标准IO呢?

大哥 返回的是文件描述符 怎么用标准IO?

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acc76543212013-04-05 10:37:54

哈哈,有名管道和无名管道都做出来了,但只能用文件IO来读写,为什么不能用标准IO呢?