管道
管道是Unix中最古老的进程间通信的形式。
我们把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个"管道"
匿名管道
cpp
#include <unistd.h>
功能:创建一无名管道
原型
int pipe(int fd[2]);
参数
fd：文件描述符数组,其中fd[0]表示读端, fd[1]表示写端
返回值:成功返回0，失败返回错误代码
管道文件时一种内存级文件，没有名称，故为匿名管道
父进程打开文件然后fork创建子进程，子进程会继承父进程文件描述符表中的内容。
然后两个进程即可看到同一份文件。
一般而言管道只能用来进行单向的数据通信。
为什么让父进程以读和写的方式打开同一个文件？
为了让子进程看到读写端。
cpp
int fds[2];
int n=pipe(fds);
代码实现
cpp
//1.创建管道文件打开读写端
int fds[2];
int n=pipe(fds);
assert(n==0);
//2.fork
pid_t id=fork();
assert(id>=0);
if(id==0)
{
//子进程写入
close(fds[0]);
const char* s="子进程，正在向父进程发消息";
int cnt=0;
while(true)
{
cnt++;
char buffer[1024];
snprintf(buffer,sizeof buffer,"child->parent say: %s[%d][%d]",s,cnt,getpid());
write(fds[1],buffer,sizeof(buffer));//系统接口不需要考虑'\0'
sleep(1);
}
close(fds[1]);
exit(0);
}
close(fds[1]);
while(true)
{
char buffer[1024];
ssize_t s=read(fds[0],buffer,sizeof(buffer)-1);
if(s>0)//s代表读到的字节数
buffer[s]=0;
cout<<"Get Message # "<<buffer<<"| mypid: "<<getpid()<<endl;
}
n=waitpid(id,nullptr,0);
assert(n==id);
close(fds[0]);
命名管道
命名管道可以从命令行上创建，命令行方法是使用下面这个命令：
bash
mkfifo filename命名管道也可以从程序里创建，相关函数有：
bash
int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);创建命名管道:
cpp
int main(int argc, char *argv[])
{
mkfifo("p2", 0644);
return 0;
}comm.hpp
cpp
#pragma once
#include<iostream>
#include<cassert>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<string>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<cerrno>
#include<fcntl.h>
using namespace std;
#define NAMED_PIPE "/tmp/mypipe.test"
bool createFifo(const string& path)
{
int n=mkfifo(path.c_str(),0666);
if(n==0) return true;
else
{
cout<<"errno: "<<errno<<" err string: "<<strerror(errno)<<endl;
return false;
}
}
void removeFifo(const string& path)
{
int n=unlink(path.c_str());
assert(n==0);
}
cpp
#include"comm.hpp"
using namespace std;
int main()
{
bool r=createFifo(NAMED_PIPE);
assert(r);
cout<<"server begin"<<endl;
int rfd=open(NAMED_PIPE,O_RDONLY);
cout<<"server end"<<endl;
if(rfd<0) exit(1);
//read
char buffer[1024];
while (true)
{
ssize_t s=read(rfd,buffer,sizeof(buffer)-1);
if(s>0)
{
buffer[s]=0;
cout<<"client->server# "<<buffer;
}
else if(s==0)
{
cout<<"client quit , me too"<<endl;
break;
}
else
{
cout<<"err string--------"<<strerror(errno)<<endl;
break;
}
}
close(rfd);
removeFifo(NAMED_PIPE);
return 0;
}
cpp
#include"comm.hpp"
using namespace std;
int main()
{
cout<<"client begin"<<endl;
int wfd = open(NAMED_PIPE, O_WRONLY);
cout<<"client end"<<endl;
if (wfd < 0)
exit(1);
// write
char buffer[1024];
while (true)
{
cout << "Please Say# ";
fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);
if(strlen(buffer)>0) buffer[strlen(buffer)-1]=0;
ssize_t n = write(wfd, buffer, strlen(buffer));
assert(n == strlen(buffer));
}
close(wfd);
return 0;
}管道的读写特征
1. （读慢，写快）如果管道中没有了数据，读端在读，默认会直接阻塞当前正在读取的进程
2.（读快，写慢）管道是一个固定大小的缓冲区，写端写满时会阻塞，等待对方读取
3.（写端关闭，读到0）读端将数据读完后读到0结束进程。
4.读关闭，在写就没有意义了，OS会给写进程发送信号（13），将其终止。
管道的特征
1.管道的声明周期随进程
2.管道可以用来进行具有血缘关系的进程之间进行通信，常用于父子通信
3.管道是面向字节流的。按设置的最大字节数去读。
4.管道通信---半双工
bash
sleep 1000 | sleep 2000|:即为匿名管道
sleep的父进程为bash
综合案例
基于匿名管道的进程池设计
cpp
#include<iostream>
#include<vector>
#include<cassert>
#include<cstdio>
#include<cstring>
#include<ctime>
#include<string>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;
#define PROCESS_NUM 5
#define MakeSeed() srand((unsigned long)time(nullptr))
typedef void(*func_t)();
void downLoadTask()
{
cout<<getpid()<<" : downLoadTask()\n"<<endl;
sleep(1);
}
void ioTask()
{
cout<<getpid()<<" : ioTask()\n"<<endl;
sleep(1);
}
void flushTask()
{
cout<<getpid()<<" : flustTask()\n"<<endl;
sleep(1);
}
class subEp
{
public:
subEp(pid_t subId,int writeFd)
:subId_(subId),writeFd_(writeFd)
{
char nameBuffer[1024];
snprintf(nameBuffer,sizeof nameBuffer,"process-%d[pid(%d)-fd(%d)]",num++,subId_,writeFd_);
name_=nameBuffer;
}
public:
static int num;
string name_;
pid_t subId_;
int writeFd_;
};
int subEp::num=0;
void sendTask(const subEp& process,int taskNum)
{
cout<<"send task num "<<taskNum<<" send to -> "<<process.name_<<endl;
ssize_t n=write(process.writeFd_,&taskNum,sizeof(taskNum));
assert(n==sizeof(int));
}
int recvTask(int readFd)
{
int code=0;
ssize_t s=read(readFd,&code,sizeof code);
//assert(s==sizeof(int));
if(s==4) return code;
else if(s<=0) return -1;
else return 0;
}
void createSubProcess(vector<subEp>* subs,vector<func_t>& funcMap)
{
for(int i=0;i<PROCESS_NUM;++i)
{
int fds[2];
int n=pipe(fds);
//父进程打开的文件是会被子进程共享的
pid_t id=fork();
if(id==0)
{
//子进程
close(fds[1]);
while (true)
{
//1.获取命令玛，如果没有，子进程应阻塞
int commandCode = recvTask(fds[0]);
//2.完成任务
if(commandCode>0 && commandCode<funcMap.size()) funcMap[commandCode]();
else if(commandCode==-1) break;;
}
exit(0);
}
close(fds[0]);
subEp sub(id,fds[1]);
subs->push_back(sub);
}
}
void loadTaskFunc(vector<func_t>* out)
{
assert(out);
out->push_back(downLoadTask);
out->push_back(ioTask);
out->push_back(flushTask);
}
void loadBalanceContrl(const vector<subEp>& subs,const vector<func_t> &funcMap,int count)
{
int processnum=subs.size();
int tasknum=funcMap.size();
//int cnt=subs.size();
bool forever=(count==0)?true:false;
while(true)
{
//1.选择一个子进程--->vector<subEp> -> index
int subIdx=rand()%processnum;
//2.选择一个任务---> vector<func_t>--->index
int taskIdx=rand()%tasknum;
//3.任务发送给选择的进程
sendTask(subs[subIdx],taskIdx);
sleep(1);
if(!forever)
{
count--;
if(count==0) break;
}
}
//write quit -> read 0
for(int i=0;i<processnum;++i) close(subs[i].writeFd_);
}
void waitProcess(vector<subEp> processes)
{
int processnum=processes.size();
for(int i=0;i<processnum;++i)
{
waitpid(processes[i].subId_,nullptr,0);
cout<<"wait sub process success ..."<<processes[i].subId_<<endl;
}
}
int main()
{
MakeSeed();
//1.建立子进程并建立和子进程通信的信道
vector<func_t> funcMap;
loadTaskFunc(&funcMap);
vector<subEp> subs;
createSubProcess(&subs,funcMap);
//2.父进程控制子进程
int taskNum=3;
loadBalanceContrl(subs,funcMap,taskNum);
//3.回收子进程信息
waitProcess(subs);
return 0;
}