一、进程通信基础

1.什么是进程通信

　　进程是一个独立的资源分配单元，不同进程（这里所说的进程通常指的是用户进程）之间的资源是独立的，没有关联，不能在一个进程中直接访问另一个进程的资源。但是，进程不是孤立的，不同的进程需要进行信息的交互和状态的传递等，因此需要进程间通信( IPC：Inter Processes Communication )。

　　进程间通信的目的：

　　1.数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程

　　2.通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知其发生了某件事（如子进程终止需要通知父进程）

　　3.资源共享：多个进程之间共享同样的资源。

　　4.进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的运行（如DEBUG），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。

2.进程间通信方式分类

 

二、管道通信

1.匿名管道通信

1.概念

　　管道也叫无名（匿名）管道，它是是 UNIX 系统 IPC（进程间通信）的最古老形式， 所有的 UNIX 系统都支持这种通信机制。统计一个目录中文件的数目命令：ls | wc –l，为了执行该命令，shell 创建了两 个进程来分别执行 ls 和 wc。

 

2.（匿名）管道特点

　　1.管道其实是一个在内核内存中维护的缓冲器，这个缓冲器的存储能力是有限的，不同的 操作系统大小不一定相同。

 

　　2.管道拥有文件的特质：读操作、写操作，匿名管道没有文件实体，有名管道有文件实体， 但不存储数据。可以按照操作文件的方式对管道进行操作。

　　3.一个管道是一个字节流，使用管道时不存在消息或者消息边界的概念，从管道读取数据 的进程可以读取任意大小的数据块，而不管写入进程写入管道的数据块的大小是多少。

　　4.通过管道传递的数据是顺序的，从管道中读取出来的字节的顺序和它们被写入管道的顺 序是完全一样的。

　　5.在管道中的数据的传递方向是单向的，一端用于写入，一端用于读取，管道是半双工的。

　　6.从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走，它就从管道中被抛弃，释放空间以便写 更多的数据，在管道中无法使用 lseek() 来随机的访问数据。

　　7.匿名管道只能在具有公共祖先的进程（父进程与子进程，或者两个兄弟进程，具有亲缘 关系）之间使用。

　　8.管道的数据结构是逻辑上的环形队列，由读指针和写指针操作

 

 

3.匿名管道相关指令和匿名管道创建

ulimit -a//查看管道缓冲区大小命令
long fpathconf(int fd, int name); //查看管道缓冲大小函数
//name为可选宏参数
_PC_PIPE_BUF //为查看缓冲大小

 

 

 　　这里缓冲区大小为8块512字节，一共4096字节。

　　创建匿名管道

/*

        #include <unistd.h>
        int pipe(int pipefd[2]);
        作用：创建一个匿名管道用作进程间的通信，
        参数：
            int pipefd[]数组为传出参数（即函数存），存放两个文件描述符
                pipefd[0]对应管道读端
                pipefd[1]对应管道写端
        返回值：
            -成功：0
            -失败：-1
        #########匿名管道只能在有亲缘关系的进程中通信
        #########管道默认是阻塞的，若管道无数据，read阻塞，若管道已满，write阻塞
*/

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>

//子进程发送数据给父进程，父进程读取到数据进行输出
int main(){
    //在父子进程创建之前创建管道
    int pipefd[2];
    int pipefd1[2];
    int ret = pipe(pipefd);
    int ret1 = pipe(pipefd1);
    if(ret==-1||ret1==-1){
        perror("pipe");
        exit(0);
    }
    pid_t pid;
    pid = fork();
    //父进程
    if(pid>0){
        printf("i am parent pid:%d\n", getpid());
        char buf[1024] = {0};
        while(1){
            //父进程管道1读取，管道2写入
            int len = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));
            printf("parent recive : %s, pid:%d\n", buf, getpid());
            
            char * str = "hello, i am parent";
            write(pipefd1[1], str, strlen(str));
            sleep(1);
        }
    }
    //子进程
    else if(pid==0){
        printf("i am child pid:%d\n", getpid());
        char buf[1024] = {0};
        while(1){
            //子进程管道1写入，管道2读取
            char * str = "hello, i am child";
            write(pipefd[1], str, strlen(str));
            sleep(1);
            int len = read(pipefd1[0], buf, sizeof(buf));
            printf("child recive : %s, pid:%d\n", buf, getpid());
        }
        
    }
    return 0;

}

4.匿名管道读写特点

使用管道时，需注意（假设都是在I/O阻塞操作）　　

　　1.所有的写端都关闭了（管道写端引用计数为0），有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据被读取后，再次读取就会返回0，就像已经读到了末尾一样

　　2.如果写端没有全关闭（管道写端引用计数大于0），而持有管道写端的进程没有向管道中写数据，这时候有进程从管道中读取数据，此时会阻塞，直到写端写入数据

　　3.如果读端都关闭了（管道读端引用计数为0），此时有进程向管道写数据，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止

　　4.如果读端没有全关闭（管道读端引用计数大于0），此时写入数据会阻塞，直到读端读取数据

总结：
读：
管道中有数据：read实际读到的
管道中无数据：
　　写端全部关闭，read返回0
　　写端有未关闭，read阻塞等待
写：
管道读端全关闭，进程会异常终止（进程受到SIGPIPE信号）
管道读端没有全部关闭：
　　管道已满，阻塞
　　管道未满，进行写入