进程间通信-信号-pipe-fifo

一、有名管道（FIFO）

相关概念

FIFO (First in, First out)为一种特殊的文件类型，它在文件系统中有对应的路径。当一个进程以读的方式打开该文件，而另一个进程以写的方式打开该文件，那么内核就会在这两个进程之间建立管道，所以FIFO实际上也由内核管理，不与硬盘打交道。之所以叫FIFO，是因为管道本质上是一个先进先出的队列数据结构，最早放入的数据被最先读出来，从而保证信息交流的顺序。FIFO只是借用了文件系统,命名管道是一种特殊类型的文件，因为Linux中所有事物都是文件，它在文件系统中以文件名的形式存在。为管道命名。写模式的进程向FIFO文件中写入，而读模式的进程从FIFO文件中读出。当删除FIFO文件时，管道连接也随之消失。FIFO的好处在于我们可以通过文件的路径来识别管道，从而让没有亲缘关系的进程之间建立连接。

1. 它可以使不相关的两个进程实现彼此通信；

2. 该管道可以通过路径名来指出，并且在文件系统中是可见的。在建立了管道之后，两个进程就可以把它当作普通文件一样进行读写操作，使用非常方便；

3. FIFO严格地遵循先进先出规则，对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则是把数据添加到末尾，它们不支持如 lseek() 等文件操作。

代码运行

1.testmf.c

#include  <stdio.h>
#include  <stdlib.h>
#include  <sys/types.h>
#include  <sys/stat.h>
​
int main()
{
    int res = mkfifo("/tmp/myfifo", 0777);
    if (res == 0) {
        printf("FIFO created \n");
    }
    exit(EXIT_SUCCESS);
}
​
​

 

2.consumer.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <limits.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
​
#define FIFO_NAME "/tmp/myfifo"
#define BUFFER_SIZE PIPE_BUF
​
​
int main()
{
    int pipe_fd;
    int res;
​
    int open_mode = O_RDONLY;
    char buffer[BUFFER_SIZE + 1];
    int bytes = 0;
​
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
​
    printf("Process %d opeining FIFO O_RDONLY \n", getpid());
    pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);
    printf("Process %d result %d\n", getpid(), pipe_fd);
​
    if (pipe_fd != -1) {
        do {
            res = read(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);
            bytes += res;
        } while (res > 0);
        close(pipe_fd);
    } else {
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
​
    printf("Process %d finished, %d bytes read\n", getpid(), bytes);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}
​

 

3.producer.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <limits.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
​
#define FIFO_NAME "/tmp/myfifo"
#define BUFFER_SIZE PIPE_BUF
#define TEN_MEG (1024 * 1024 * 10)
​
int main()
{
    int pipe_fd;
    int res;
    int open_mode = O_WRONLY;
​
    int bytes = 0;
    char buffer[BUFFER_SIZE + 1];
​
    if (access(FIFO_NAME, F_OK) == -1) {
        res = mkfifo(FIFO_NAME, 0777);
        if (res != 0) {
            fprintf(stderr, "Could not create fifo %s \n",
                FIFO_NAME);
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }
​
    printf("Process %d opening FIFO O_WRONLY\n", getpid());
    pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);
    printf("Process %d result %d\n", getpid(), pipe_fd);
​
    if (pipe_fd != -1) {
        while (bytes < TEN_MEG) {
            res = write(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);
            if (res == -1) {
                fprintf(stderr, "Write error on pipe\n");
                exit(EXIT_FAILURE);
            }
            bytes += res;
        }
        close(pipe_fd);
    } else {
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
​
    printf("Process %d finish\n", getpid());
    exit(EXIT_SUCCESS);
}
​

 

二、无名管道（pipe）：

无名管道的特点： 1、管道是半双工的，数据只能向一个方向流动，具有固定的读端和写端；需要双方通信时，需要建立起两个管道； 2、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）； 3、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，而是单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。 4、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。

管道读写注意点：

1. 只有在管道的读端存在时，向管道写入数据才有意义。否则向管道写入数据的进程将收到内核传来的SIGPIPE信号（通常为Broken pipe错误）；

2. 向管道写入数据时，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。如果读进程不读取管道缓冲区中的数据，那么写操作将会一直阻塞；

3. 父子进程在运行时，它们的先后顺序并不能保证

代码运行

1.pipe.c

#include    <stdio.h>
#include    <stdlib.h>
#include    <unistd.h>
​
#define oops(m,x)   { perror(m); exit(x); }
​
int main(int ac, char **av)
{
    int thepipe[2],         
        newfd,              
        pid;                
​
    if ( ac != 3 ){
        fprintf(stderr, "usage: pipe cmd1 cmd2\n");
        exit(1);
    }
    if ( pipe( thepipe ) == -1 )        
        oops("Cannot get a pipe", 1);
​
    if ( (pid = fork()) == -1 )         
        oops("Cannot fork", 2);
​
    if ( pid > 0 ){         
        close(thepipe[1]);  
​
        if ( dup2(thepipe[0], 0) == -1 )
            oops("could not redirect stdin",3);
​
        close(thepipe[0]);  
        execlp( av[2], av[2], NULL);
        oops(av[2], 4);
    }
​
    close(thepipe[0]);      
​
    if ( dup2(thepipe[1], 1) == -1 )
        oops("could not redirect stdout", 4);
​
    close(thepipe[1]);      
    execlp( av[1], av[1], NULL);
    oops(av[1], 5);
}

 

2.pipedemo.c

#include    <stdio.h>
#include    <stdlib.h>
#include    <string.h>
#include    <unistd.h>
​
int main()
{
    int len, i, apipe[2];   
    char    buf[BUFSIZ];        
    
    if ( pipe ( apipe ) == -1 ){
        perror("could not make pipe");
        exit(1);
    }
    printf("Got a pipe! It is file descriptors: { %d %d }\n", 
                            apipe[0], apipe[1]);
​
​
    while ( fgets(buf, BUFSIZ, stdin) ){
        len = strlen( buf );
        if (  write( apipe[1], buf, len) != len ){  
            perror("writing to pipe");      
            break;                  
        }
        for ( i = 0 ; i<len ; i++ )                     
            buf[i] = 'X' ;
        len = read( apipe[0], buf, BUFSIZ ) ;       
        if ( len == -1 ){               
            perror("reading from pipe");        
            break;
        }
        if ( write( 1 , buf, len ) != len ){        
            perror("writing to stdout");        
            break;                  
        }
    }
}

 

3.pipedemo2.c

#include    <stdio.h>
#include    <stdlib.h>
#include    <string.h>
#include    <unistd.h>
​
​
#define CHILD_MESS  "I want a cookie\n"
#define PAR_MESS    "testing..\n"
#define oops(m,x)   { perror(m); exit(x); }
​
main()
{
    int pipefd[2];      
    int len;            
    char    buf[BUFSIZ];        
    int read_len;
​
    if ( pipe( pipefd ) == -1 )
        oops("cannot get a pipe", 1);
​
    switch( fork() ){
        case -1:
            oops("cannot fork", 2);
    
        case 0:         
            len = strlen(CHILD_MESS);
            while ( 1 ){
                if (write( pipefd[1], CHILD_MESS, len) != len )
                    oops("write", 3);
                sleep(5);
            }
        
        default:        
            len = strlen( PAR_MESS );
            while ( 1 ){
                if ( write( pipefd[1], PAR_MESS, len)!=len )
                    oops("write", 4);
                sleep(1);
                read_len = read( pipefd[0], buf, BUFSIZ );
                if ( read_len <= 0 )
                    break;
                write( 1 , buf, read_len );
            }
    }
}

 

4.stdinredir1.c

#include    <stdio.h>
#include    <fcntl.h>
​
int main()
{
    int fd ;
    char    line[100];
​
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
​
    close(0);
    fd = open("/etc/passwd", O_RDONLY);
    if ( fd != 0 ){
        fprintf(stderr,"Could not open data as fd 0\n");
        exit(1);
    }
​
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
}

 

5.stdinredir2.c

#include    <stdio.h>
#include    <stdlib.h>
#include    <fcntl.h>
​
//#define   CLOSE_DUP       
//#define   USE_DUP2    
​
main()
{
    int fd ;
    int newfd;
    char    line[100];
​
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
​
    fd = open("data", O_RDONLY);    
#ifdef CLOSE_DUP
    close(0);
    newfd = dup(fd);        
#else
    newfd = dup2(fd,0);     
#endif
    if ( newfd != 0 ){
        fprintf(stderr,"Could not duplicate fd to 0\n");
        exit(1);
    }
    close(fd);          
​
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
    fgets( line, 100, stdin ); printf("%s", line );
}

 

6.testtty.c

#include <unistd.h>
​
int main()
{
    char *buf = "abcde\n";
    write(0, buf, 6);
}

 

7.whotofile.c

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
​
int main()
{
    int pid ;
    int fd;
​
    printf("About to run who into a file\n");
​
    if( (pid = fork() ) == -1 ){
        perror("fork"); exit(1);
    }
    if ( pid == 0 ){
        close(1);               /* close, */
        fd = creat( "userlist", 0644 );     /* then open */
        execlp( "who", "who", NULL );       /* and run  */
        perror("execlp");
        exit(1);
    }
    if ( pid != 0 ){
        wait(NULL);
        printf("Done running who.  results in userlist\n");
    }
​
    return 0;
}

 

三、SIGNAL

软中断信号（signal，又简称为信号）用来通知进程发生了异步事件。在软件层次上是对中断机制的一种模拟，在原理上，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。信号机制除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。

收到信号的进程对各种信号有不同的处理方法。处理方法可以分为三类：

第一种是类似中断的处理程序，对于需要处理的信号，进程可以指定处理函数，由该函数来处理。

第二种方法是，忽略某个信号，对该信号不做任何处理，就象未发生过一样。

第三种方法是，对该信号的处理保留系统的默认值，这种缺省操作，对大部分的信号的缺省操作是使得进程终止。进程通过系统调用signal来指定进程对某个信号的处理行为。

代码

1.sigactdemo.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#define INPUTLEN    100
void inthandler();
int main()
{
    struct sigaction newhandler;
    sigset_t blocked;
    char x[INPUTLEN];
    newhandler.sa_handler = inthandler;
    newhandler.sa_flags = SA_RESTART|SA_NODEFER
        |SA_RESETHAND;
    sigemptyset(&blocked);
    sigaddset(&blocked, SIGQUIT);
    newhandler.sa_mask = blocked;
    if (sigaction(SIGINT, &newhandler, NULL) == -1)
        perror("sigaction");
    else
        while (1) {
            fgets(x, INPUTLEN, stdin);
            printf("input: %s", x);
        }
    return 0;
}
void inthandler(int s)
{
    printf("Called with signal %d\n", s);
    sleep(s * 4);
    printf("done handling signal %d\n", s);
}

 

2.sigactdemo2.c

#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
​
void sig_alrm( int signo )
{
    /*do nothing*/
}
​
unsigned int mysleep(unsigned int nsecs)
{
    struct sigaction newact, oldact;
    unsigned int unslept;
​
    newact.sa_handler = sig_alrm;
    sigemptyset( &newact.sa_mask );
    newact.sa_flags = 0;
    sigaction( SIGALRM, &newact, &oldact );
​
    alarm( nsecs );
    pause();
​
    unslept = alarm ( 0 );
    sigaction( SIGALRM, &oldact, NULL );
​
    return unslept;
}
​
int main( void )
{
    while( 1 )
    {
        mysleep( 2 );
        printf( "Two seconds passed\n" );
    }
​
    return 0;
}

 

3.sigdemo1.c

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
void    f(int);
int main()
{
    int i;
    signal( SIGINT, f );
    for(i=0; i<5; i++ ){
        printf("hello\n");
        sleep(2);
    }
​
    return 0;
}
​
void f(int signum)
{
    printf("OUCH!\n");
}

 

4.sigdemo2.c

#include<stdio.h>
#include<signal.h>
​
main()
{
    signal( SIGINT, SIG_IGN );
​
    printf("you can't stop me!\n");
    while( 1 )
    {
        sleep(1);
        printf("haha\n");
    }
}

 

5.sigdemo3.c

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#include<unistd.h>
​
#define INPUTLEN    100
​
int main(int argc, char *argv[])
{
    void inthandler(int);
    void quithandler(int);
    char input[INPUTLEN];
    int nchars;
​
    signal(SIGINT, inthandler);//^C
    signal(SIGQUIT, quithandler);//^\
​
    do {
        printf("\nType a message\n");
        nchars = read(0, input, (INPUTLEN - 1));
        if (nchars == -1)
            perror("read returned an error");
        else {
            input[nchars] = '\0';
            printf("You typed: %s", input);
        }
    }
    while (strncmp(input, "quit", 4) != 0);
    return 0;
}
​
void inthandler(int s)
{
    printf(" Received signal %d .. waiting\n", s);
    sleep(2);
    printf("  Leaving inthandler \n");
}
​
void quithandler(int s)
{
    printf(" Received signal %d .. waiting\n", s);
    sleep(3);
    printf("  Leaving quithandler \n");
}