IPC 进程间通信方式——管道

进程间通信概述

• 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程，发送的数据量在一个字节到几兆字节之间
• 共享数据：多个进程想要操作共享数据，一个进程对共享数据的修改，别的进程应该立刻看到。
• 通知时间：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知他们发生了某些事件（如进程终止时要通知父进程）
• 资源共享：多个进程之间共享同样的资源，为了做到这一点，需要内核提供锁和同步机制
• 进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行(如Debug进程)，此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入的异常，并能够及时指导它的状态改变。

 

进程间通信方式

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

 

管道

• 管道针对本地计算机的两个进程之间的通信而设计的通信方式，管道建立后，实际获得两个文件描述符：一个用于读取另一个用于写入。
• 常见的IPC机制，通过pipe系统调用。
• 管道单工，数据只能向一个方向流动。双向通信时，需要建立两个管道。
• 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的缓冲区的尾部，每次都是从缓冲区的头部读出数据。

 

管道的分类

• 匿名管道 
  
  • 关系进程，父子或兄弟
  • 由pipe系统调用，管道由父进程建立
  • 管道位于内核空间，其实是一块缓存
• 有名管道（FIFO） 
  
  • 两个没有任何关系的进程之间通信可通过有名管道进行数据传输
  • 通过系统调用mkfifo创建

 

管道创建

 

1. #include<unistd.h>
2. int pipe(int fd[2]);
3. //返回：0成功，-1出错

• 两个文件描述符数组 
  
  • fd[0]:pipe的读端
  • fd[1]:pipe的写端

管道通信是单向的阻塞性IO

借助管道使两个子进程相互通讯

• 一个子进程调用execvp函数，将执行结果写入管道
• 另外一个子进程也是调用execvp函数，从管道中读取命令结果进行过滤。
• 涉及改变标准输入输出，重定向。

$ cat /etc/passwd |grep root

 

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

char *cmd1[3]={"/bin/cat","/etc/passwd",NULL};
char *cmd2[3]={"/bin/grep","root",NULL};

int main(void)
{
    int fd[2];
    if(pipe(fd)<0)
    {
        perror("pipe error");
        exit(1);
    }
    int i=1;
    pid_t pid;
    for(;i<=2;i++)
    {
        pid=fork();
        if(pid<0)
        {
            perror("fork error");
            exit(1);
        }
        else if(pid==0)
        {
            //child process
            if(i==1)
            {
                //子进程1，负责写入数据
                close(fd[0]);//关闭读端
                
                //将标准输出重定向到管段的写端
                if(dup2(fd[1],STDOUT_FILENO)
                            !=STDOUT_FILENO)
                {
                    perror("dup2 error");
                }
                close(fd[1]);

                //调用exec函数执行cat命令
                if(execvp(cmd1[0],cmd1<0))
                {
                    perror("excvp error");
                    exit(1);
                }
                break;
            }
            if(i==2)
            {
                //子进程2，负责从管道读取数据
                close(fd[1]);//关闭写端
                
                //将标准输入重定向到管道的读端
                if(dup2(fd[0],STDIN_FILENO)
                                !=STDIN_FILENO)
                {
                    perror("dup2 error");
                }
                close(fd[0]);

                //调用exec函数执行grep命令
                if(execvp(cmd2[0],cmd2)<0)
                {
                    perror("execvp error");
                    exit(1);
                }
                break;

            }
        }else
        {
            //parent process
            if(i==2)
            {
                //父进程要等到子进程全部创建完毕才去回收
                close(fd[0]);
                close(fd[1]);
                wait(0);
                wait(0);
            }
        }
    }
}