[Linux]----进程间通信之管道通信
创始人
2024-04-10 06:13:33
0

文章目录

  • 前言
  • 一、进程间通信目的
  • 二、进程间通信发展
  • 三、进程间通信分类
  • 四、管道
    • 1. 匿名管道
    • 2. 管道内核代码
    • 3. 站在文件描述符角度-深度理解管道
    • 4. 站在内核角度-管道本质
    • 5. 管道的特征总结
  • 五、命名管道
    • 1. 创建命名管道
  • 总结


前言

首先我基于通信背景来带大家了解进程间通讯!!!

  1. 进程是具有独立性的!—>进程间想交互数据数据,成本会非常高!—>如果我们多进程需要协同处理一件事情
  2. 我们要明确一个点,进程独立了,不是彻底独立,有时候,我们需要双方能够进行一定程度的信息交互。

正文开始!

一、进程间通信目的

  • 数据传输:一个进程需要将他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,通知他们发生可某种事件(如进程终止是要通知父进程)
  • 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,并能够及时知道他的状态改变。

二、进程间通信发展

  • 管道
  • System V进程间通信
  • POSIX进程间通信

三、进程间通信分类

管道

  • 匿名管道pipe
  • 命名管道

System V IPC

  • System V 消息队列
  • System V 共享内存
  • System V 信号量

POSIX IPC

  • 消息队列
  • 共享内存
  • 信号量
  • 互斥量
  • 条件变量
  • 读写锁

POSIX的通讯我们在进程的学习过程中带大家了解!
本章主要给大家分享管道和共享内存来进行进程间通讯!

四、管道

1. 匿名管道

在这里插入图片描述
进程A和进程B可以同时看到一份文件来通过某种方式(接下来会将,现在先大致的理解一下)来进行通信!

所以就要求我们在通讯之前,让不同的进程看到同一份资源(文件,内存块…)!

我们要学的进程间通信,不是告诉我们如何通信。而是如何让两个进程先看到同一份资源!

资源的不同决定了不同种类的通信方式!

管道是提供共享资源的一种手段。

在这里插入图片描述

2. 管道内核代码

在这里插入图片描述

管道的特点

  1. 大部分都是单向的!
  2. 所有的管道都是传输资源的—数据

所以进程间通信中的管道一定是单向的,为了传输数据的!!

3. 站在文件描述符角度-深度理解管道

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
那么为什么父进程要分别打开读和写呢?->为了让子进程继承,让子进程不用在打开了

为什么父子要关闭对应的读写?->因为管道是单向通信的!!

谁决定,父子关闭什么读写?–>不是由管道本身决定的,由用户的需求决定的!

4. 站在内核角度-管道本质

为了实现管道的通信,内核提供了接口方便我们使用!
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

创建管道

#include
#include
#include
#include//演示pipe通信的基本过程-----匿名管道
using namespace std;
int main()
{//1.创建管道int pipefd[2]={0};if(pipe(pipefd)!=0){cerr<<"pipe error"<

在这里插入图片描述
因为文件描述符中0,1,2是被默认打开的,所以得到我们预期的结果3,4。

在pipefd[2]这个数组中,pipefd[0]是管道中的读端!pipefd[1]是管道中的写端!!

进行管道通信

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include//演示pipe通信的基本过程-----匿名管道
using namespace std;
#define NUM 1024
int main()
{//1.创建管道int pipefd[2]={0};if(pipe(pipefd)!=0){cerr<<"pipe error"<cerr<<"fork error"<//子进程//让子进程进行读取,子进程就应该关掉写端close(pipefd[1]);char buffer[NUM];while(true){memset(buffer,0,sizeof(buffer));ssize_t s=read(pipefd[0],buffer,sizeof(buffer)-1);if(s>0){//读取成功buffer[s]='\0';cout<<"子进程收到消息,内容是: "<cout<<"父进程写完了,我也退出啦"<//Do Nothing}}close(pipefd[0]);exit(0);}else{//父进程//让父进程进行写入,就应该关掉读端!close(pipefd[0]);const char* msg="你好子进程,我是父进程,这次发送的信息标号是:";int cnt=0;while(cnt<5){write(pipefd[1],sendBuffer,strlen(sendBuffer));sleep(1);//这里是为了一会看现象明显cnt++;}cout<<"父进程写完啦!"<0){cout<<"等待子进程成功"<

在这里插入图片描述

因为我们让父进程发送五条信息,子进程收到五条信息后也就推出了!此时就完成了我们通过管道进行进程间通信了!!

对父进程代码稍作修改

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在父进程中我们每次写入后都sleep(1);然后子进程读入的时候也是休眠1秒后在读取,所以我们可以发现:1.当父进程没有写入数据的时候,子进程会在等!所以,父进程写入之后,子进程才能read(会返回)到数据,子进程打印读取数据要以父进程的节奏为主!

所以父进程和子进程在读写的时候,是有一定顺序的!!

但是我们以前父子进程各自printf(向显示器写入)的时候,打印出来的语句是没有顺序的!(缺乏访问控制!)

所以我们可以得出结论:管道内部没有数据,reader就必须阻塞等待(read)。管道内部,如果数据被写满,writer就不必须阻塞等待(write);

阻塞等待的本质就是将当前进程的task_struct放入等待队列中!(R->S/D/T)

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

所以,pipe内部自带访问控制机制!!

父进程指派给子进程任务

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include using namespace std;typedef void (*functor)();vector functors; //方法集合// for debug
unordered_map info;void f1()
{cout << "这是一个处理日志的任务,执行的进程 ID [" << getpid()<< "],执行的时间是[" << time(nullptr) << "]\n\n" << endl;
}
void f2()
{cout << "这是一个备份数据的任务,执行的进程 ID [" << getpid()<< "],执行的时间是[" << time(nullptr) << "]\n\n" << endl;
}
void f3()
{cout << "这是一个处理网络链接的任务,执行的进程 ID [" << getpid()<< "],执行的时间是[" << time(nullptr) << "]\n\n" << endl;
}void loadFunctor()
{info.insert({functors.size(), "这是一个处理日志的任务"});functors.push_back(f1);info.insert({functors.size(), "这是一个备份数据的任务"});functors.push_back(f2);info.insert({functors.size(), "这是一个处理网络链接的任务"});functors.push_back(f3);
}
int main()
{// 0.加载任务列表loadFunctor();// 1.创建管道int pipefd[2] = {0};if (pipe(pipefd) != 0){cerr << "pipe error" << endl;return 1;}// 2.创建子进程pid_t id = fork();if (id < 0){cerr << "fork error" << endl;return 2;}else if (id == 0){//子进程进行读操作---read// 3.关闭不需要的文件fdclose(pipefd[1]);// 4.业务处理while (true){uint32_t opeartorType = 0;//如果有数据,就读取,如果没有数据,就阻塞等待,等待任务的到来ssize_t s = read(pipefd[0], &opeartorType, sizeof(uint32_t));if (s == 0){cout << "我要退出啦,我是子进程,父进程都退出了!" << endl;break;}assert(s == sizeof(uint32_t));// assert断言,是变异有效的debug模式// release模式下,断言也就没有了//一旦断言没有了,s变量就只是被定义,没有被使用。release摸下中,可能会warning(void)s;if (opeartorType < functors.size()){functors[opeartorType]();}else{cerr << "bug opeartorType" << endl;}}close(pipefd[0]);exit(0);}else{srand((long long)time(nullptr));//父进程进行写操作----write// 3.关闭不需要的文件fdclose(pipefd[0]);// 4.指派任务uint32_t num = functors.size();int cnt = 0;while (cnt < 10){// 5.形成任务码int commandCode = rand() % num;std::cout << "父进程指派任务完成,任务是: " << info[commandCode] << "任务的编号是: " << cnt << std::endl;// 向指定的进程下达执行任务的操作write(pipefd[1], &commandCode, sizeof(uint32_t));sleep(1);cnt++;}close(pipefd[1]);pid_t ret = waitpid(id, nullptr, 0);if (ret){cout << "wait success" << endl;}}
}

在这里插入图片描述

父进程通过给子进程发送不同的信号,让子进程完成不同的任务!!!

接下来如果通过父进程控制一批子进程呢??

在这里插入图片描述

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include using namespace std;typedef void (*functor)();
vector functors; //方法集合// for debug
unordered_map info;void f1()
{cout << "这是一个处理日志的任务,执行的进程 ID [" << getpid()<< "],执行的时间是[" << time(nullptr) << "]\n\n" << endl;
}
void f2()
{cout << "这是一个备份数据的任务,执行的进程 ID [" << getpid()<< "],执行的时间是[" << time(nullptr) << "]\n\n" << endl;
}
void f3()
{cout << "这是一个处理网络链接的任务,执行的进程 ID [" << getpid()<< "],执行的时间是[" << time(nullptr) << "]\n\n" << endl;
}void loadFunctor()
{info.insert({functors.size(), "这是一个处理日志的任务"});functors.push_back(f1);info.insert({functors.size(), "这是一个备份数据的任务"});functors.push_back(f2);info.insert({functors.size(), "这是一个处理网络链接的任务"});functors.push_back(f3);
}// int32_t:进程pid,int32_t:该进程对应的写端fd
typedef std::pair elem;
int processNum = 5;void work(int blockFd)
{cout<<"进程 ["<   //a.阻塞等待   b.获取任务信息uint32_t operatorCode=0;ssize_t s=read(blockFd,&operatorCode,sizeof(uint32_t));if(s==0)break;assert(s==sizeof(uint32_t));(void)s;//c.处理任务if(operatorCodefunctors[operatorCode]();}}cout<<"进程 ["<& assignMap)
{srand((long long)time(nullptr));while(true){sleep(1);//选择一个进程,选择进程是随机的,没有压着一个进程一直给任务//较为均匀的将任务给所有子进程 ---负载均衡uint32_t pick=rand()%assignMap.size();//选择一个任务uint32_t task=rand()%functors.size();//把任务给一个指定的进程write(assignMap[pick].second,&task,sizeof(uint32_t));//打印对应的提示信息cout<<"父进程指派任务->"<loadFunctor();vector assignMap;//创建processNum个子进程for (int i = 0; i < processNum; i++){//定义保存管道的fd的对象int pipefd[2] = {0};//创建管道pipe(pipefd);//创建子进程pid_t id = fork();if (id == 0){//子进程读取,rclose(pipefd[1]);//子进程执行work(pipefd[0]);close(pipefd[0]);exit(0);}//父进程做的事情close(pipefd[0]);elem e(id,pipefd[1]);assignMap.push_back(e);}cout<<"create all process success!"<if(waitpid(assignMap[i].first,nullptr,0)>0){cout<<"wait for:pid=["<

在这里插入图片描述

接下来回归命令行的’|'字符

在这里插入图片描述

命令行’|',其实就是匿名管道!!

在这里我们使用匿名管道也可以让兄弟进程进行通信!

5. 管道的特征总结

  1. 管道只能用来进行具有血缘关系的进程之间,进行进程间通信。常用于父子通信
  2. 管道只能单向通信(内核的实现决定)—半双工的一种特殊情况
  3. 管道自带同步机制(pipe满,writer等,pipe空,reader等)—自带访问控制
  4. 管道是面向字节流的。----先写的字符,一定是先被读取的,管道内的数据没有格式边界,需要用户来定义区分内容的边界。
  5. 管道的生命周期—管道是文件—进程退出了,增加打开的文件会怎样?–退出,随进程

五、命名管道

那是不是只能父子(血缘)通信??—毫不相关的进程之间进行通信,可以吗???------命名管道!
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

1. 创建命名管道

在这里插入图片描述

命名管道:通过一个FIFO文件–>有路径–>具有唯一性—>通过路径,找到同一个资源!

在这里插入图片描述
代码如下
“comm.h”

#pragma once
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include#define IPC_PATH "./.fifo"

“clientFifo.cpp”

//写入
#include"comm.h"
using namespace std;
#define NUM 1024
int main()
{int pipeFd=open(IPC_PATH,O_WRONLY);if(pipeFd<0){cerr<<"open: "<printf("请输入你的消息# ");fflush(stdout);memset(line,0,sizeof(line));if(fgets(line,sizeof(line),stdin)!=nullptr){line[strlen(line)-1]='\0';write(pipeFd,line,strlen(line));}else{break;}}close(pipeFd);cout<<"客户端退出啦!"<

“serverFifo.cpp”

//读取
#include"comm.h"
using namespace std;
#define NUM 1024int main()
{extern int error;if(mkfifo(IPC_PATH,0666)!=0){cerr<<"mkfifo error"<cerr<<"open error"<ssize_t s=read(pipeFd,buffer,sizeof(buffer)-1);if(s>0){buffer[s]='\0';cout<<"客户端->服务器# "<cout<<"客户端退出啦,我也退出吧!"<//do nothingcout<<"read "<

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述


总结

(本章完!)

相关内容

热门资讯

下调!住房出售,最新政策来了! 12月30日,财政部、税务总局发布《关于个人销售住房增值税政策的公告》(下称《公告》),明确个人将购...
原创 欣... 《电鳗财经》电鳗号/文 欣旺达子公司因动力电池质量纠纷被诉,索赔金额高达数亿元的消息引发行业震动。...
华蓝集团:关联交易按制度审议与... 证券之星消息,华蓝集团(301027)12月30日在投资者关系平台上答复投资者关心的问题。 投资者提...
郑州银行发布诉讼事项进展 被告... 12月31日,郑州银行发布《关于诉讼事项进展的公告》称,2025年7月,郑州银行中原路支行与郑州金威...
2026年嘉兴离婚律师权威推荐... 2026年嘉兴离婚律师权威推荐:北京国樽(嘉兴)律师事务所领衔,专业离婚律师/婚姻律师/诉讼离婚律师...
厦门出台《厦门历史文化名城保护... 集美学村建筑群 12月30日,市人大常委会表决通过《厦门历史文化名城保护条例》《厦门经济特区绿色金融...
李某平、杨某福借助黑客技术侵入... 近日,云南公安机关网安部门协同作战,成功斩断一条利用黑客技术窃取公民个人信息的黑色产业链,抓获犯罪嫌...
2026年“两新”政策方案发布... 央广网北京12月31日消息(记者周尧)据中央广播电视总台中国之声《新闻和报纸摘要》报道,国家发展改革...
市人大常委会会议表决通过4件法... 充分发挥职能服务良好开局 市人大常委会会议表决通过4件法规、人事任免事项等,黄莉新主持全体会议并讲话...
大烨智能收到立案告知书,律师征... 雷达财经雷助吧出品 文|阑珊 编|深海 12月26日,大烨智能发布《关于收到中国证券监督管理委员会立...