Linux下进程间通信方式——pipe(管道)
每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到,所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程A把数据从用户空间拷到内核缓冲区,进程B再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程间通信。
不同进程间的通信本质:进程之间可以看到一份公共资源;而提供这份资源的形式或者提供者不同,造成了通信方式不同,而 pipe就是提供这份公共资源的形式的一种。
2.匿名管道
2.1管道的创建
管道是由调用pipe函数来创建
#include <unistd.h> int pipe (int fd[2]); //返回:成功返回0,出错返回-1
fd参数返回两个文件描述符,fd[0]指向管道的读端,fd[1]指向管道的写端。fd[1]的输出是fd[0]的输入。
2.2管道如何实现进程间的通信
(1)父进程创建管道,得到两个件描述符指向管道的两端
(2)父进程fork出子进程,子进程也有两个文件描述符指向同管道。
(3)父进程关闭fd[0],子进程关闭fd[1],即子进程关闭管道读端,父进程关闭管道写端(因为管道只支持单向通信)。子进程可以往管道中写,父进程可以从管道中读,管道是由环形队列实现的,数据从写端流入从读端流出,这样就实现了进程间通信。
2.3如和用代码实现管道通信
2.3如和用代码实现管道通信
#include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<string.h> #include<errno.h> int main() { int fd[2]; int ret=pipe(fd); if(ret==-1) { perror("pipe error\n"); return -1; } pid_t id=fork(); if(id==0) { int i=0; close(fd[0]); char* child="I am child!"; while(i<5) { write(fd[1],child,strlen(child)+1); sleep(2); i++; } } else if(id>0) { close(fd[1]); char msg[100]; int j=0; while(j<5) { memset(msg,'\0',sizeof(msg)); ssize_t s=read(fd[0],msg,sizeof(msg)); if(s>0) { msg[s-1]='\0'; } printf("%s\n",msg); j++; } } else { perror("fork error\n"); return -1; } return 0; }
运行结果:每隔2秒打印一次I am child! 并且打印了五次。
2.4管道读取数据的四种的情况
(1)读端不读(fd[0]未关闭),写端一直写
(2)写端不写(fd[1]未关闭),但是读端一直读
(3)读端一直读,且fd[0]保持打开,而写端写了一部分数据不写了,并且关闭fd[1]。
如果一个管道读端一直在读数据,而管道写端的引⽤计数⼤于0决定管道是否会堵塞,引用计数大于0,只读不写会导致管道堵塞。
(4)读端读了一部分数据,不读了且关闭fd[0],写端一直在写且f[1]还保持打开状态。
#include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<string.h> #include<errno.h> int main() { int fd[2]; int ret=pipe(fd); if(ret==-1) { perror("pipe error\n"); return -1; } pid_t id=fork(); if(id==0) { int i=0; close(fd[0]); char *child="I am child!"; while(i<10) { write(fd[1],child,strlen(child)+1); sleep(2); i++; } } else if(id>0) { close(fd[1]); char msg[100]; int status=0; int j=0; while(j<5) { memset(msg,'\0',sizeof(msg)); ssize_t s=read(fd[0],msg,sizeof(msg)); if(s>0) { msg[s-1]='\0'; } printf("%s %d\n",msg,j); j++; } //写方还在继续,而读方已经关闭它的读端 close(fd[0]); pid_t ret=waitpid(id,&status,0); printf("exitsingle(%d),exit(%d)\n",status&0xff,(status>>8)&0xff); //低八位存放该子进程退出时是否收到信号 //此低八位子进程正常退出时,退出码是多少 } else { perror("fork error\n"); return -1; } return 0; }
运行结果:
使用kill -l 查看13号信号,可以知道13号信号代表SIGPIPE。
总结:
如果一个管道的写端一直在写,而读端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞,引用计数大于0,只写不读再次调用write会导致管道堵塞;
如果一个管道的读端一直在读,而写端的引⽤计数是否⼤于0决定管道是否会堵塞,引用计数大于0,只读不写再次调用read会导致管道堵塞;
而当他们的引用计数等于0时,只写不读会导致写端的进程收到一个SIGPIPE信号,导致进程终止,只写不读会导致read返回0,就像读到件末尾样。
2.5管道特点
1.管道只允许具有血缘关系的进程间通信,如父子进程间的通信。
2.管道只允许单向通信。
3.管道内部保证同步机制,从而保证访问数据的一致性。
4.面向字节流
5.管道随进程,进程在管道在,进程消失管道对应的端口也关闭,两个进程都消失管道也消失。
2.6管道容量大小
测试管道容量大小只需要将写端一直写,读端不读且不关闭fd[0],即可。
测试代码:
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <errno.h> int main() { int fd[2]; int ret = pipe(fd); if (ret == -1) { perror("pipe error\n"); return -1; } pid_t id = fork(); if (id == 0) {//child int i = 0; close(fd[0]); char *child = "I am child!"; while (++i) { printf("pipe capacity: %d\n", i*(strlen(child) + 1)); //printf要写在write前面否则会因为write写满了而阻塞就不会进行下面的代码了,会使得输出计算少一次 write(fd[1], child, strlen(child) + 1); } close(fd[1]); } else if (id>0) {//father close(fd[1]);//父进程的读端不能关闭,如果关闭了子进程写端会因为异常而退出 waitpid(id, NULL, 0); } else {//error perror("fork error\n"); return -1; } return 0; }
可以看到写到65520之后管道堵塞了,而65536即为64K大小即为管道的容量
原理是:我们写端每次写入的数据大小是13,统计我们可以进行多少次写入,写入次数*13就是管道容量,因为65533+13=65546>65536所以就不能继续输入了,有因为内存对齐问题,所以我们可以知道容量一定是64k