Linux入门——08 进程间通讯——管道

server/2024/10/18 6:01:09/

1.进程间通讯

1.1什么是通讯

  • 进程具有独立性(每个进程都有自己的PCB,独立地址空间,页表)
  • 但是要进行进程的通信,通信的成本一定不低,打破了独立性

进程间通信目的

  • 数据传输:一个进程需要将它的数据发送给另一个进程
  • 资源共享:多个进程之间共享同样的资源。
  • 通知事件:一个进程需要向另一个或一组进程发送消息,通知它(它们)发生了某种事件(如进程终止时要通知父进程)。
  • 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和异常,并能够及时知道它的状态改变。

1.2为什么要有通讯

  • 有时候需要多进程协同,完成某种业务! cat file | grep 'hello' //管道

1.3如何进行进程间通讯

两种通信方式

  • System V进程间通信------聚焦在本地通信(共享内存,信号量,消息队列)(被主流排斥了)
  • POSIX进程间通信-------让通讯过程可以跨主机(消息队列,共享内存,信号量,互斥量,条件变量,读写锁)
  • 管道---------基于文件标准(匿名管道,命名管道)

1.3.1管道

管道是Unix中最古老的进程间通信的形式。我们把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个“管道”

该如何理解通讯的本质?

要把一个进程的数据保留到一个地方,让 另一个进程去读取,这个地方必须要第三方提供,不能是进程,进程是具有独立性的。

第三方就是操作系统,直接或间接为进程通讯提供”内存空间“

要通讯的进程,必须想看到一份公共的资源(OS直接或间接提供)

不同的通讯种类

本质就是:上面所说的资源,是OS中的哪一个模块提供的!

如果i这个资源是文件体统提供的就叫这种通讯为管道

通讯的成本:

  • 1.把必须让不同的进程看到同一份资源
  • 2.然后通讯

任何一个文件都有自己的操作方法和属于自己的内核缓冲区(struct Page{}缓冲区)

此时我们再看父子进程,他们两个是不是共同看到了同一份资源。是由文件管理系统提供的。

父进程 向文件缓冲区内写入,子进程向文件缓冲区内读取(这就是一个进程向文件中写数据,另一个进程向文件中读数据)

我们把这种通过文件的方式完成进程间的通讯的方式叫管道,操作系统提的内核级文件称为管道文件(本质就是文件)。

具有缓冲区就是为了不让文件再写入磁盘,再让另一个进程去磁盘里面读取,这样效率太慢了,需要在磁盘内存在该文件,

可以直接让OS创建struct file,只需要struct file的地址填入进程描述符表中就可以了,然后父进程创建子进程,拷贝文件描述符表,父子进程就可以直接在内存中进行通讯。

得到管道是内存级文件(不需要磁盘刷新)

如何让两个进程看到同一个管道文件呢?

fork创建子进程完成的。父子进程使用同一个文件描述符表

1.3.2匿名管道

前面我们说的管道文件,没有名称,所以称为匿名管道!

(pipe)管道函数

创建成功返回0,失败返回-1

int pipe(int pipefd[2]);//pipefd[2] 为输出型参数
调用pipe的时候,操作系统内部,帮你打开对应的文件(读和写的方式,同一个文件打开两次,得到两个文件描述符),填充到你当前进程的文件描述符表中,
然后把文件描述符表中的对应数组下标传给pipefd[2],这样就以读和写的方式,分别打开了同一文件#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <cassert>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <cstring>int main()
{// 1.创建管道通讯int fds[2];int n = pipe(fds);assert(n == 0);std::cout << "fds[0]:" << fds[0] << std::endl;std::cout << "fds[1]:" << fds[1] << std::endl;// 父进程读取,子进程写入// 2.fork()pid_t id = fork();assert(id >= 0);if(id == 0) //子进程{//子进程的通讯//子进程关闭读的描述符[0]close(fds[0]);//string msg = "hello,i am child!";const char *s = "我是子进程,我正在给你发消息";int cnt = 0;while(true){char buffer[1024];//只有子进程能看到!snprintf(buffer,sizeof(buffer),"child->parent say:%s[%d][%d]",s,cnt,getpid());// snprintf(buffer,sizeof(buffer),"child->parent say:[%d][%d]",cnt,getpid());write(fds[1],buffer,strlen(buffer));  //不用+1,\0只是在C语言中,这是系统sleep(1);//细节,我每隔1s写一次cnt ++;}exit(0);}//父进程的通讯代码//父进程关闭写的描述符[1]close(fds[1]);while(true){char buffer[1024]; //只有父进程能看到//ssize_t s = read(fds[0],buffer,sizeof(buffer)-1); //把读到的数据当作字符串来处理//这里用sizeof(buffer)//read 函数返回的是读取的字节数,如果读取成功,则返回值大于 0。//在读取前,需要清空 buffer 数组,以避免读取到之前的残留数据。//在判断是否有数据可读时,你使用了 strlen(buffer)-1,这可能导致读取的数据长度为负数,//因为 buffer 数组未初始化。应该使用 sizeof(buffer)。if(s > 0) buffer[s] = 0; //主动添加反斜杠0std::cout << "Get Message#" << buffer <<" | My Pid:"<< getpid() <<std::endl;//细节:父进程没有sleep}n = waitpid(id,nullptr,0);assert(n == id);return 0;}
//谁读谁写
fds[0]:3   ---》下标0对应读取0对应嘴(读)
fds[1]:4   ---》下标1对应写入1对应笔(写)

管道的四种情况:
  • 读慢写快

在进程通讯的时候,故意让子进程写的慢,sleep了一下,但当sleep的时间变长的时候,父进程读取的时间也变长,

那么在父进程读取前的时间,他在干什么?他在读取,read是一种阻塞,如果管道中没有了数据,读端在读,默认会直接阻塞当前正在读取的进程

  • 读快写慢

相反 ,如果让子进程不sleep,父进程sleep(500);让子进程不断向管道中写,管道的总容量是有大小的,固定大小,

当写端向缓冲区写满的时候,写端会进入阻塞,等读端进行读取。缓冲区的数据不会被覆盖。

缓冲区的读写特点

当缓冲区有很多数据的时候,看似是一行一行写入,一行一行读取,其实是以二进制的形式指定大小进行读取

  • 写关闭,读端读到0也会关闭。

当子进程写一条消息,直接break,这时写端的文件描述符已经关闭,只有读端还在读。总会过一段时间,将管道内的数据读完。

当读到0个字符的时候,将读的管道也关闭,读是为写作服务的,没有了写,读也没有意义。

  • 读关闭,写就没有意义了,浪费资源,所以OS会给写进程发信号,终止写端!

1.3.3总结管道的特征

1.管道的生命周期进程就是进程的周期

2.管道可以用来进行具有血缘关系的进程之间的进程通信,常用于父子通讯。

3.管道是面向字节流的(网络部分)

4.半双工 ------ 单向通讯(特殊情况)

5.互斥与同步机制--------对共享资源进行保护的方案

1.4命名管道 两个没有血缘关系进程之间的通讯。

  • 命令行命令 mkfifo

mkfifo name_pipe

出现以p开头的文件管道,

这个文件的特点,可以一个进程进行写入,另一个进程从管道中读取

ls > named_pipe    //一个终端写

cat < named_pipe  //另一个终端读

这是命令行式的两进程之间的管道通讯.但是管道文件的内容大小为0

  • 当打开同一个文件两次,操作系统不会给我们创建两个struct file对象,而是公用一个对象。
  • 这时候向这个文件写,并不会保存到磁盘,而是在内存让另一个线程去读取,这不就是一个管道吗。

请问命名管道,让把不同的进程看到同一文件呢?

  • 让不同的进程,打开指定名称(路径+文件名(唯一性))的同一个文件。
  • 这就是命名管道的规则,可以通过名字来标志唯一性的。
  • 匿名管道是通过继承,继承地址,来保证唯一性的
  • mkfifo()函数创建有名管道

#include

#include

int mkfifo(constchar *filename, mode_t mode);

open(constchar *path, O_RDONLY);//1

open(constchar *path, O_RDONLY | O_NONBLOCK);//2

open(constchar *path, O_WRONLY);//3

open(constchar *path, O_WRONLY | O_NONBLOCK);//4

尽量使用阻塞方式打开

特点:

1有名管道可以使非亲缘的两个进程互相通信

2通过路径名来操作,在文件系统中可见,但内容存放在内存中

3 文件IO来操作有名管道

4 遵循先进先出规则

5 不支持leek操作

6 单工读写

注意事项:

1 程序不能以O_RDWR(读写)模式打开FIFO文件进行读写操作,而其行为也未明确定义,因为如一个管道以读/写方式打开,进程可以读回自己的输出,同时我们通常使用FIFO只是为了单向的数据传递

2 第二个参数中的选项O_NONBLOCK,选项O_NONBLOCK表示非阻塞,加上这个选项后,表示open调用是非阻塞的,如果没有这个选项,则表示open调用是阻塞的

3  对于以只读方式(O_RDONLY)打开的FIFO文件,如果open调用是阻塞的(即第二个参数为O_RDONLY),除非有一个进程以写方式打开同一个FIFO,否则它不会返回;如果open调用是非阻塞的的(即第二个参数为O_RDONLY | O_NONBLOCK),则即使没有其他进程以写方式打开同一个FIFO文件,open调用将成功并立即返回。

对于以只写方式(O_WRONLY)打开的FIFO文件,如果open调用是阻塞的(即第二个参数为O_WRONLY),open调用将被阻塞,直到有一个进程以只读方式打开同一个FIFO文件为止;如果open调用是非阻塞的(即第二个参数为O_WRONLY | O_NONBLOCK),open总会立即返回,但如果没有其他进程以只读方式打开同一个FIFO文件,open调用将返回-1,并且FIFO也不会被打开。

4.数据完整性,如果有多个进程写同一个管道,使用O_WRONLY方式打开管道,如果写入的数据长度小于等于PIPE_BUF(4K),那么或者写入全部字节,或者一个字节都不写入,系统就可以确保数据决不会交错在一起。

1.5实现命名管道的通讯

1.5.1comm.hpp

#ifndef COMM_HPP
#define COMM_HPP
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <cassert>
#include <cerrno>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>#define NAMED_PIPE "/home/lin/Desktop/Linux_learn/named_pipe/mypipe.lin"bool creatFifo(const std::string &path)
{umask(0);int n = mkfifo(path.c_str(),0666);if(n == 0) return true;else{std::cout<< "errno:"<< errno << "err string:" << strerror(errno) << std::endl;return false;}
}void removeFifo(const std::string &path)
{int n = unlink(path.c_str());//assert不要乱用,意料之中用assert,意料之外用if判断assert(n == 0);  //debbug时是有效的,release的时候就没有了。//如果在release的时候,这个n就没有被使用,会walling ,加一个强制类型转换,会避免报错(void)n;  
}#endif

1.5.2client.cc

#include "comm.hpp"int main()
{std::cout << "client begin"<< std::endl;int wfd = open(NAMED_PIPE,O_WRONLY);std::cout << "client end"<< std::endl;if(wfd <0 ){exit(1); }//写char buffer[1024];while (true){std::cout << "Please Saying#";fgets(buffer,sizeof(buffer),stdin);//if(strlen(buffer)>0) buffer[strlen(buffer) - 1] = 0; ssize_t n = write(wfd,buffer,strlen(buffer) );assert(n == strlen(buffer));(void)n;}close(wfd);removeFifo(NAMED_PIPE);return 0;
}

1.5.3server.cc

#include "comm.hpp"int main()
{bool r = creatFifo(NAMED_PIPE);assert(r);(void)r;std::cout << "server begin"<< std::endl;int rfd = open(NAMED_PIPE,O_RDONLY);std::cout << "server end"<< std::endl;if(rfd <0 ){exit(1); }//读取char buffer[1024];while(true){ssize_t s = read(rfd,buffer,sizeof(buffer));if(s > 0){buffer[s] = 0;std::cout << "client->server#"<< buffer;}else if(s == 0){std::cout << "client quit,me too!" << std::endl;}else{std::cout << "err string" << strerror(errno) << std::endl; }}close(rfd);removeFifo(NAMED_PIPE);return 0;
}


http://www.ppmy.cn/server/104451.html

相关文章

CSS快速入门

属性 color&#xff1a;颜色 font-size&#xff1a;字体大小 text-decoration&#xff1a;文本装饰 text-indent&#xff1a;首行缩进 line-height&#xff1a;行高 text-align&#xff1a;文本对齐 CSS引入样式 行内样式&#xff1a;写在标签的style属性中内嵌样式&#xf…

Android 架构模式之 MVP

目录 架构设计的目的对 MVP 的理解代码ModelViewPresenter Android 中 MVP 的问题试吃个小李子ModelViewPresenter 大家好&#xff01; 作为 Android 程序猿&#xff0c;你有研究过 MVP 架构吗&#xff1f;在开始接触 Android 那一刻起&#xff0c;我们就开始接触 MVC 架构&am…

【AI绘画】Midjourney提示词详解:精细化技巧与高效实践指南

文章目录 &#x1f4af;Midjourney提示词基础结构1 图片链接1.1 上传流程 2 文字描述3 后置参数 &#x1f4af;Midjourney提示词的文字描述结构全面剖析1 主体主体细节描述2 环境背景2.1 环境2.2 光线2.3 色彩2.4 氛围 3 视角4 景别构图5 艺术风格6 图片制作方法7 作品质量万能…

《学会 SpringBoot · 依赖管理机制》

&#x1f4e2; 大家好&#xff0c;我是 【战神刘玉栋】&#xff0c;有10多年的研发经验&#xff0c;致力于前后端技术栈的知识沉淀和传播。 &#x1f497; &#x1f33b; CSDN入驻不久&#xff0c;希望大家多多支持&#xff0c;后续会继续提升文章质量&#xff0c;绝不滥竽充数…

这是啥设计模式-单例模式

召回算法中有一个叫做I2I的召回方式&#xff0c;给定一个Item&#xff0c;返回跟这个Item相似的topK个Item&#xff0c;这种相似关系一般在离线就计算好了&#xff0c;以KV的方式存储下来 <item1, [item2, item3,item4]> <item2, [item1, item5,item6]> ...我们使…

docker启动ES(elasticsearch:7.17.23)

docker直接启动es&#xff0c;报如下错误 2024-08-22 10:52:27 ERROR: [1] bootstrap checks failed. You must address the points described in the following [1] lines before starting Elasticsearch. 2024-08-22 10:52:27 bootstrap check failure [1] of [1]: the defa…

jmeter 请求带证书的 客户端的SSL/TLS证书和私钥https请求

背景: 工作需要对下面接口进行压测,走的是https 带证书的请求 curl -v -X POST -u acsuser:admin20232023 --cert /home/bdgw/ssl/server.crt --key /home/bdgw/ssl/server.key -H "Content-Type: application/json" -d {"thirdAlarmId":"comp2…

更换域名后图片不显示

问题&#xff1a;系统更换域名后&#xff0c;图片不显示了&#xff1b; 原因&#xff1a;系统中图片是带域名存储在数据的&#xff0c;所以更换域名后&#xff0c;图片地址还是以前的域名&#xff0c;所以访问不到&#xff1b; 解决方法&#xff1a; 以下两个方法都是只能更…