Linux应用-----进程间通信

一、进程间通信目的

数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程
资源共享：多个进程之间共享同样的资源。
通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它（它们）发生了某种事件（如进程终止
时要通知父进程）。
进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），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，并能够及时知道它的状态改变。

如何理解通信的本质问题：

（1）操作系统需要直接或者间接给通信双方的进程提供"内存空间"。

（2）要通信的进程，必须要看到同一份公共的资源。

模块化实现：不同通信方式本质上是操作系统不同模块提供的资源：
- 文件系统提供→管道通信
- System V通信模块提供→共享内存/信号量/消息队列

资源类型决定通信方式：
- 内存块→共享内存
- 计数器→信号量
- 队列→消息队列

二、什么是管道

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"。

三、站在文件描述符角度-深度理解管道

管道是父进程创通过调用管道，分别以读和写方式打开一个文件，并通过fork创建子进程的方式，被子进程继承下去，进而形成一条通信管道

，管道文件的作用与特点
- 通信本质: 专门用于两个进程间通信的特殊文件类型
两个进程看到同一个管道文件
- 实现方法：通过父进程打开文件后fork创建子进程完成
  - 继承机制：子进程会继承父进程的文件描述符表内容
  - 文件标识：类似宿舍号和班级名称，通过相同文件描述符标识同一文件
匿名管道的概念
- 命名特点：内存级文件没有文件名标识

cpp 复制代码

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<cstring>
#include<cstdio>
using namespace std;

int main()
{

    int fds[2];
    int n = pipe(fds);

    pid_t id = fork();
    if(id==0)
    {  
        close(fds[0]);
        int cnt=0;
        const char*s = "我是子进程,我正在给你发消息";
        while (1)
        {
            cnt++;
            char buffer[1024];
            snprintf(buffer,sizeof(buffer),"child->parent say:%s[%d]\n",s,cnt);
            write(fds[1],buffer,strlen(buffer));
            sleep(1);
        }
        

        exit(0);
    }
    
    close(fds[1]);

    while (1)
    {
        char buffer[1024];
        //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。
        ssize_t s = read(fds[0],buffer,sizeof(buffer)-1);
        if(s>0)//返回值是获取字节数的个数
        {
            buffer[s]=0;
            cout<<buffer<<endl;
        }
    }

    n=waitpid(id,nullptr,0);
    close(fds[0]);
    return 0;

}

管道是一个固定大小的缓冲区，当写端一直写，读端不读，缓冲区会被写满，写满之后不能再写了，如果在写会把以前写入的数据覆盖，写端写满会发生阻塞等对方进行读取。

若是子进程写入一条消息后立即关闭写端（文件描述符），父进程读取到read返回值那就是是0。

若是读端关闭，写端口一直写，操作系统会终止写端口，会给写端口发送信号终止写端。

四、管道的五大特征

文件依托性
- 基础机制: 管道基于文件实现
- 生命周期: 随进程创建和销毁，当所有关联进程退出时管道自动释放
- 类比特性: 与普通文件特性一致，进程退出后相关资源自动回收
血缘通信
- 适用范围: 专用于具有血缘关系的进程间通信
  - 父子进程通信（最典型场景）
  - 兄弟进程通信（需通过共同父进程建立管道）
  - 多代进程通信（如祖父-孙子进程）
- 实现前提: 必须在fork()前创建管道才能实现共享
字节流特性
- 数据特征: 不区分消息边界，按字节流处理
- 读写特点:
  - 写入方不考虑接收方的数据解析需求
  - 读取方按最大可读字节数获取数据
- 对比说明: 不同于消息队列等有明确消息边界机制
半双工通信
- 通信方向: 任一时刻只允许单向数据传输
- 特殊形式: 单向通信是半双工的特例
- 实现限制: 需要两个管道才能实现双向通信
同步互斥机制
- 阻塞控制:
  - 写满阻塞：管道缓冲区满时写入进程自动阻塞
  - 读空阻塞：管道空时读取进程自动阻塞
- 异常处理:
  - 读端关闭时继续写入会触发SIGPIPE
  - 写端关闭时读取会立即返回0（EOF）
- 保护机制: 内部实现共享资源保护，确保数据一致性