【Linux】进程间通信之匿名管道

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进程间通信背景
管道

进程间通信背景

键盘，显示器只有一份，不同进程要想通信前提是不同进程看到同一份资源，键盘和显示器是文件，管道也是文件

两个进程都能控制相同的文件，（之前文件描述符讲过了，这里有计数器）

管道

管道定义

管道是UnIx最古老的通信方式
把一个进程连接到另一个进程的数据流叫做管道

🚩匿名管道

建立通信很困难，因为进程有独立性

如何创建一个管道？

我们在一个进程中创建一个文件，该进程可以对文件读写，如果再来一个进程可以对该文件读写那就可以通信了。

哪来的另一个进程呢，用fork创建

此外，管道之所以叫管道，因为它是单向流通的，传送字节流，就像水龙头那般

我们会让一个进程只读取，一个进程只写入

按照上述文字表述，只要创建文件就可以通信，但是文件是建在硬盘上的，我们在硬盘上读写太慢了，关闭进程时文件也不会删除，所以有管道接口，建立在内存上，关闭进程时自动清理

接口

该函数会把文件描述符带出来，如果不手动打开任何文件，
pipefd[0]：3
pipefd[1]：4

若打开文件，则文件描述符继续排

其中默认pipefd[0]，读文件
pipefd[1]，写文件

🚩实现匿名管道

c 复制代码

int main()
{
    int pipefd[2]={0};
    int n=pipe(pipefd);
    if(n<0)
    {
        return 1;
    }
    cout<<"pipe[0]:"<<pipefd[0]<<"pipe[1]:"<<pipefd[1]<<endl;
    
    int id=fork();
    if(id<0)
    {
        cout<<"fork error"<<endl;
    }
    if(id==0)
    {
        close(pipefd[0]);
        Writer(pipefd[1]);
        close(pipefd[1]);
        exit(0);
    }

    close(pipefd[1]);
    Reader(pipefd[0]);
    close(pipefd[0]);

    sleep(5);
    int pid=waitpid(id,nullptr,0);
	if(pid<0)
    {
        cout<<"waitpid error"<<endl;
        return 3;
    }
    return 0;
}

🚩解析，先让pipe创建内存级缓冲区，fork创建子进程，如果是子进程，关闭读端，把写端给函数写入，
如果是父进程，关闭写端，把读端给函数，
进行通信，通信结束后，子进程退出，父进程回收子进程

写和读函数实现

c 复制代码

void Writer(int wrd)
{
    string s="hello pipe";
    pid_t self=getpid();
    char buffer[1024];

    int number=0;
    while(true)
    {

        buffer[0]=0;
        snprintf(buffer,sizeof(buffer),"%s-%d-%d",s.c_str(),self,number);
        cout<<buffer<<endl;
        number++;
        write(wrd,buffer,strlen(buffer));
        if(number>5)
        break;

        sleep(1);
    }

}
void Reader(int rrd)
{
    char buffer[1024]={0};
    while(true)
    {
        buffer[0]=0;
        int n=read(rrd,buffer,sizeof(buffer));
        if(n>0)
        {
            buffer[n]=0;
            cout<<"father get message"<<"["<<getpid()<<"]#:"<<buffer<<endl;
        }
        else if(n==0)
        {
            cout<<"read file done"<<endl;
            break;
        }
        else
        break;
    }
}

解析：写入函数，buffer置空，把数据打印到buffer，向wrd中写入buffer，每隔1秒写一次，写6次后退出，
读取函数，一直在读取，把数据读取到buffer中，再打印出buffer，若没数据可读，read返回0

结果就是

🚩管道属性和特征

管道是有大小的，怎么测？
我们把读端关闭，疯狂的向管道1字节1字节写入，打印即可

c 复制代码

int number=0;
    while(true)
    {
        number++;
        char ch='c';
        write(wrd,&ch,1);
        cout<<number<<endl;
    }
}

读端sleep100秒

65536/1024=64kb

⭐所以1个管道大小64字节，

⭐原子写入最大字节数4kb，即小于4kb的数据可以直接写入（更大数据需要分片），保证全部写入成功否则失败

🚩保证了不会与其他写入交叉冲突，

比如A进程写入AAAA，B进程写入BBBB，若没有原子写入，可能会写进去AAABBBAB，而有原子写入AAAABBBB或BBBBAAAA

⭐管道5大特征

1，匿名管道是具有血缘关系的进程通信

2，管道是单向通信

3，父子进程是会协同的，同步与互斥，保证了数据安全，

4，管道面向字节流

5，管道基于文件描述符可以像操作文件一样操作管道，但管道不是磁盘文件，操作系统开辟了一块内核缓存区给管道用，而内核缓存区生命周期随进程

⭐管道4种情况

1，读写端正常，管道为空，则读端就要阻塞

2，读写端正常，管道满了，则写端就要阻塞

3，读端正常，写端关闭，则读端读到0，说明读到文件末尾，不会阻塞

4，写端正常，读端关闭，说明出bug，操作就要通过信号杀死写端进程

管道应用

我们之前学的ps axj | head -1
| 就是管道，意思是，左边写入右边读取

可以看到3个进程父进程都是一样的，是具有血缘关系的