pipe管道

2024-02-23 09:19:16

回顾：
进程间通信方式：
信号，管道
消息队列，共享内存，信号量
sokcet

信号：
本质就是软中断
signal(信号，函数指针);
void func(int);
kill(pid,signo);
raise(signo);
alarm(seconds);
pause();

kill -9 PID

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管道：
1.基本概念：
管道本质上还是以文件作为通信的媒介，该文件比较特殊，叫管道文件
管道分为两类：
无名管道(pipe)和有名管道(fifo)
有名管道：由程序员手动创建，实现任意两个进程之间的通信
无名管道：调用系统函数创建，实现父子进程间的通信。

无名管道的创建与关闭：
管道是基于文件描述符的通信方式，当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符fd[0]和fd[1]，其中fd[0]固定用于读管道，fd[1]固定写管道，这样构成一个半双工的通道。

管道关闭时，只需将这两个文件描述符关闭即可，使用close函数。

管道创建函数：
int pipe(int pipefd[2]);
功能：用于内核中创建无名管道
pipefd:整形数组，用来存放管道的读写文件描述符
pipefd[0]:用来存放读端的文件描述符
pipefd[1]:用来存放写端的文件描述符
返回：
成功返回0
失败返回-1，errno被设置

管道读写说明：
用pipe()这个函数创建的管道两端处于同一进程之中，因此，在实际中没有太大意义。
通常的做法：先创建一个管道，再通过fork()函数创建一个子进程，子进程会继承父进程所创建的管道，为了实现父子进程间的通信，需要把无关的读端或写端的文件描述符关闭。

管道的特点：
pipe创建的管道是阻塞方式的。
去读一个管道，如果管道里没有数据，则阻塞，直到有数据可读
往管道中写数据，如果管道不可写，则阻塞，直到文件可写。
数据写到管道的写端，内核会把这些数据缓存，直到有进程来读。
数据一旦被读走，就没有了。

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有名管道
为了克服无名管道的缺点，提出了有名管道。
该管道用于不同进程之间的通信，它提供了一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统
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，不支持lseek定位操作
要注意的是，有名管道的名字存在于文件系统中，内容放在内存中。
mkfifo f1.pipe

1.有名管道的创建
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
pathname:是一个普通的路径名，也就是创建后FIFO文件的名字
mode:与打开普通文件open()函数中的mode参数相同
1.0666，0777，0644...
2.S_IRUSR S_IWGRP S_IXOTH...
返回值：成功返回0
失败返回-1，errno被设置

注：如果mkfifo的第一个参数是个已经存在的路径名时，会返回EEXIST错误
所以，一般最典型的写法是调用代码首先检查是否返回该错误，如果确实返回该错误，那么只需要调用打开FIFO的函数就可以了。

2.有名管道的打开规则：
有名管道比无名管道多了一个打开操作：open()

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共享内存：
共享内存是以一块内存作为IPC交互的媒介，这块内存由内核维护和管理，允许其它进程映射，共享内存效率是最高的。

1.共享内存的操作流程：
1.创建/获取它共享内存
2.映射共享内存，即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问。
3.正常使用
4.解除映射
5.如果确保不再使用，删除共享内存对像

2.相关的API函数
1.shmget函数
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
功能：主要用于创建/获取共享内存段
第一个参数：key,标识共享内存的键值（就像文件的标识是文件名）
第二个参数：要建立的共享内存的长度
第三个参数：有效的标志有IPC_CREAT和IPC_EXCL,与open()函数的O_CREAT与O_EXCL相当。
IPC_CREAT：如果共享内存不存在，则创建一个
IPC_EXCL:与IPC_CREAT搭配使用，如果存在，创建失败

返回值：成功返回一个shmid（类似于打开/创建一个文件获得文件描述符一样）
失败返回-1，errno被设置
注：
当新创建共享内存时，一般情况下第三个参数是：0666 | IPC_CREAT | IPC_EXCL

2.ftok()函数
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
功能：根据文件路径和项目编号生成key值
第一个参数：字符串形式的文件路径，要求文件必须存在，且可访问。
第二个参数：整型的项目编号，要求必须是非0，低8位被使用，一般写一个字符代替
返回值：成功返回key_t类型的key值
失败返回-1，errno被设置

3.shmat函数
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
功能：用于映射共享内存到进程的地址空间
第一个参数：shmid,共享内存的ID，shmget()函数的返回值
第二个参数：shmaddr,将共享内存映射到指定的地址，给NULL/0由系统指定
第三个参数：shmflg,默认给0即可，表示共享内存可读可写
返回值：成功返回共享内存的映射地址
失败返回-1，errno被设置

4.shmdt函数
int shmdt(const void *shmaddr);
功能：用于取消共享内存与用户进程的映射
参数：shmaddr:就是shmat的返回值

5.shmctl函数
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
功能：用于对指定的共享内存执行指定的操作
第一个参数：shmid共享内存的ID，即shmget()返回值
第二个参数：cmd,操作命令
IPC_RMID ---删除共享内存，此时第三个参数给NULL即可
第三个参数：buf结构体指针
返回值：成功返回0
失败返回-1，errno被设置

3.相关命令
ipcs -m

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消息队列
1.基本概念：
消息队列就是在系统内核中保存的一个用来保存消息的队列，这个队列不是简单的先进先出，还可以控制消息更为灵活。

2.基本通信流程
1.获取key值，使用ftok()函数
2.创建/获取消息队列，使用msgget()函数
3.发送/接收消息，使用msgsnd()函数和msgrcv()函数
4.如果不再使用，删除消息队列，使用msgctl()函数

3.相关API函数
1.msgget()函数
int msgget(key_t key, int msgflg);
功能：主要用于创建/获取消息队列
第一个参数：key，ftok()的返回值
第二个参数：msgflg消息队列的创建标志
IPC_CREAT 创建
IPC_EXCL 与IPC_CREAT搭配使用，若消息队列存在，则创建失败
返回值：成功返回消息队列的ID，失败返回-1，errno被设置
注：
当创建新的消息队列时，需要指定权限，如0644

2.msgsnd()函数
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
功能：主要用于向指定的消息队列发送指定的消息
第一个参数：msqid消息队列的ID，msgget的返回值
第二个参数：msgp消息的首地址
消息的一般形式如下：
struct msgbuf {
long mtype; /* 消息类型, 必须大于0 */
char mtext[1]; /* 消息内容，可以使用其它的数据类型 */
};
第三个参数：msgsz消息的大小，是指定的消息结构体中的内容的大小，不包括消息类型
第四个参数：发送的标志，一般给0即可
返回值：成功返回0，失败返回-1

3.msgrcv()函数
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
功能：主要用于从消息队列中接受消息存到指定的位置
第一个参数：msqid消息队列的ID，msgget的返回值
第二个参数：消息的首地址(表示存到哪里去)
第三个参数：消息的大小
第四个参数：消息的类型
0 ---表示接受消息队列中的第一个消息
>0 ---表示接受消息队列中的第一个类型为msgtyp的消息
<0 ---表示接受消息队列中的第一个小于等于msgtyp绝对值的消息，其中最小的类型优先读取。

第五个参数：接受的标志，一般给0即可
返回值：成功返回实际接受的数据大小，失败返回-1，errno被设置

4.msgctl()函数
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
第一个参数：msqid消息队列的ID，msgget的返回值
第二个参数：cmd操作命令
IPC_RMID 删除消息队列，此时第三个参数给NULL即可。
第三个参数：结构指针

返回值：成功返回0，失败返回-1，errno被设置

4.相关命令
ipcs -q

作业：
1.写一个代码尝试求管道的大小
2.往共享内存中写数据除了memcpy其它的方式
3.写一个程序从消息队列中收消息

/*************************************************************************
> File Name: fifo.c
> Author: csgec
> Mail: longer.zhou@gmail.com
> Created Time: Wed 10 Aug 2016 11:32:55 AM CST
************************************************************************/

#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
int main(int argc,char **argv)
{
int fd;
if(argc < 2)
{
printf("Usage: ./a.out path \n");
exit(-1);
}
if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)
{
perror("mkfifo");
exit(-1);
}
fd = open(argv[1],O_WRONLY);
if(fd < 0)
{
perror("open");
exit(-1);
}
char *str = "hello fifo";
int r = write(fd,str,strlen(str));
printf("r = %d\n",r);
printf("创建FIFO成功\n");

}

#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
int main(int argc,char **argv)
{
int fd;
if(argc < 2)
{
printf("Usage: ./a.out path \n");
exit(-1);
}
if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)
{
perror("mkfifo");
exit(-1);
}
fd = open(argv[1],O_RDONLY);
if(fd < 0)
{
perror("open");
exit(-1);
}
char buf[1024];
int r = read(fd,buf,sizeof(buf));
printf("r = %d\n",r);
printf("读到的内容是:%s\n",buf);

}

/*************************************************************************
> File Name: pipe.c
> Author: csgec
> Mail: longer.zhou@gmail.com
> Created Time: Wed 10 Aug 2016 10:04:54 AM CST
************************************************************************/

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main()
{
pid_t pid;
int pipefd[2] = {0};

int res = pipe(pipefd);
char buf[1024] = {0};
if(res == -1)
{
perror("pipe");
exit(-1);
}
printf("fd[0] = %d\n",pipefd[0]);
printf("fd[1] = %d\n",pipefd[1]);

pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork");
exit(-1);
}
else if(pid == 0)
{
close(pipefd[1]);

int r = read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));
printf("我是子进程，我读到%d个字节，内容是：%s\n",r,buf);
close(pipefd[0]);
exit(0);
}
else
{
close(pipefd[0]);
char *str = "hello world";
int r = write(pipefd[1],str,strlen(str));
printf("我是父进程，成功写入%d个字节，写入的内容是%s\n",r,str);
close(pipefd[1]);
waitpid(pid,NULL,0);
}

}

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