Linux系统学习：进程间的通信

2301_802651082026-08-22 8:35

一 分类

1.同一主机

（1）传统

无名管道；

有名管道；

信号。

（2）SystemV

共享内存；//这是效率最高的通信方式

消息队列；

信号量。//都是信号量的机制

2.不同主机

socket：分为本地socket（本地套接字）和不同主机socket（网络套接字）。

二 原理

每个进程都拥有独立的4G内存空间，但其中的内核（1G）空间是共享的，所有进程间的通信方式，本质上都是借助操作系统内核来完成的。

三 无名管道

就是在内核建立一个管道，无名管道本质上是一种特殊的文件，它不存在硬盘，而是在内核空间的内存中，因为在文件系统中没有名字，所以叫无名。

1.无名管道的创建

int pipe(int pipefd2);

参数：pipefd,用来存放管道两端的文件描述符，0是读端，1是写端

返回值:成功返回0，失败返回-1并且errno会被设置

2.管道的特点

1）管道的大小---64kb(65526个字节)

2）管道读写规则

读写端都存在，可以读写管道，但是如果管道是满的，写操作阻塞，如果管道是空的，读操作会阻塞；读端存在写端不存在，如果管道是空的，读操作直接返回；读端不存在写端存在，如果进行写操作，管道破裂（SIGPIPE --- 信号的作用 --结束进程 //broken pipe ）。

3.管道中的数据

是一个数据流，读走了就没有了，遵循FIFO的方式

4.是一种特殊的文件，但是不能进行lseek操作（插队）

5.用在亲缘关系进程间通信

6.管道是一种半双工的通信

单工：数据的发送方和接收方是固定的eg:广播

半双工：同一时刻只能有一个方向的数据传输eg:对讲机

全双工：同时收同时发

无名管道实际上是单工的，但是可以实现半双工的效果。

创建管道进行读写：

cpp 复制代码 
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
	int fd[2];
	if(pipe(fd) < 0)
	{
		perror("pipe fail");
		return -1;
	}
	
	printf("fd[0] = %d fd[1] = %d\n",fd[0],fd[1]);

	char buf[]="abcdefg";
	int ret_w = write(fd[1],buf,sizeof(buf));
	int ret_r = read(fd[0],buf,sizeof(buf));
	
	printf("ret_w = %d ret_r = %d\n",ret_w,ret_r);

	return 0;
}

父进程写管道数据，子进程读管道数据：

cpp 复制代码 
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
	int fd[2];
	if(pipe(fd) < 0)
	{
		perror("pipe fail");
		return -1;
	}

	pid_t pid = fork();
	if(pid < 0)
	{
		perror("fork fail");
		return -1;
	}

	if(pid>0)
	{
		close(fd[0]);
		while(1)
		{
			char buf[1024];
			fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
			write(fd[1],buf,sizeof(buf));
			if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
			{
				close(fd[1]);
				wait(NULL);
				exit(0);
			}
		}
	}else if(pid == 0)
	{
		close(fd[1]);
		while(1)
		{
			char buf[1024];
			read(fd[0],buf,sizeof(buf));
			printf("%s\n",buf);
			if(strncmp(buf,"quit",4)==0)
			{
				close(fd[0]);
				exit(0);
			}
		}
	}

	return 0;
}

父子进程双向通信

cpp 复制代码 
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
	int fd[2];
	if(pipe(fd) < 0)
	{
		perror("pipe fail");
		return -1;
	}

	int fd1[2];
	if(pipe(fd1) < 0)
	{
		perror("pipe fail");
		return -1;
	}

	pid_t pid = fork();
	if(pid < 0)
	{
		perror("fork fail");
		return -1;
	}

	if(pid>0)
	{
		close(fd[0]);
		close(fd1[1]);
		while(1)
		{
			char buf[1024];
			printf("input 1 pipe:");
			fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
			write(fd[1],buf,sizeof(buf));
			
			char buf1[1024];
			read(fd1[0],buf1,sizeof(buf1));
			printf("pipe 2 = %s\n",buf1);
			if(strncmp(buf,"quit",4) == 0 || strncmp(buf1,"quit",4) == 0)
			{
				close(fd1[0]);
				close(fd[1]);
				wait(NULL);
				exit(0);
			}
		}
	}else if(pid == 0)
	{
		close(fd[1]);
		close(fd1[0]);
		while(1)
		{
			char buf[1024];
			read(fd[0],buf,sizeof(buf));
			printf("pipe 1 = %s\n",buf);
			
			char buf1[1024];
			printf("input 2 pipe:");
			fgets(buf1,sizeof(buf1),stdin);
			write(fd1[1],buf1,sizeof(buf1));
			
			if(strncmp(buf,"quit",4)==0 || strncmp(buf1,"quit",4)==0)
			{
				close(fd[0]);
				close(fd1[1]);
				exit(0);
			}
		}
	}

	return 0;
}

四 有名管道

  1. 特点:

符合管道特性；有名管道也是一种特殊的文件，有名 --- 在文件系统有名字类似于普通文件的名字，使用时，可以当作普通文件进行操作但也不能lseek 定位

2.用途：任意进程间

3.创建

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

功能:创建有名管道文件

参数:pathname----管道文件名；mode---文件权限

返回值:成功 0，失败 -1 && errno被设置

有名管道进行通信时，需要进行打开操作 open，如果只有一端 以 只读或只写的方式打开 ，此时程序会阻塞在open操作 ，必须等待 另一端 以只写或只读的相对方式打开，阻塞才会解除，此时也表示有名管道文件 读端和写端都打开了。

4.卸载管道：

int unlink(const char *pathname);

功能：将指定的pathname管道文件卸载，同时从文件系统中删除。

参数： ptahtname 要卸载的有名管道

返回值：成功 0，失败 -1；

创建管道进行读写：

cpp 复制代码 
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
	if(mkfifo("fifo",0666) < 0 && errno != EEXIST)
	{
		perror("mkfifo fail");
		return -1;
	}
	
	printf("mkfifo success\n");

	int fd = open("fifo",O_RDONLY);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open fail");
		return -1;
	}
	while(1)
	{
		char buf[1024];
		read(fd,buf,sizeof(buf));

		printf("%s\n",buf);
		if(strncmp(buf,"quit",4)==0)
		{
			break;
		}
	}
	close(fd);
	unlink("fifo");
	return 0;
}
cpp 复制代码 
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
	if(mkfifo("fifo",0666) < 0 && errno != EEXIST)
	{
		perror("mkfifo fail");
		return -1;
	}
	
	printf("mkfifo success\n");

	int fd = open("fifo",O_WRONLY);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open fail");
		return -1;
	}
	while(1)
	{
		char buf[1024];
		printf("Input > ");
		fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
		write(fd,buf,sizeof(buf));

		if(strncmp(buf,"quit",4)==0)
		{
			break;
		}
	}
	close(fd);
	unlink("fifo");
	return 0;
}

双向通信：两边同时收和发

cpp 复制代码 
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
	if(mkfifo("fifo1",0666) < 0 && errno != EEXIST)
	{
		perror("mkfifo fail");
		return -1;
	}
	
	printf("mkfifo1 success\n");

	int fd1 = open("fifo1",O_RDONLY);
	if(fd1 < 0)
	{
		perror("open fail");
		return -1;
	}
	
	if(mkfifo("fifo2",0666) < 0 && errno != EEXIST)
	{
		perror("mkfifo fail");
		return -1;
	}
	
	printf("mkfifo1 success\n");

	int fd2 = open("fifo2",O_WRONLY);
	if(fd2 < 0)
	{
		perror("open fail");
		return -1;
	}

	pid_t pid = fork();

	if(pid > 0)
	{
		while(1)
		{
			sleep(1);
			char buf[1024];
			printf("2 fifo Input>");
			fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
			write(fd2,buf,sizeof(buf));
			if(strncmp(buf,"quit",4)==0)
			{
				break;
			}
		}
	}else if(pid == 0)
	{
		while(1)
		{
			sleep(1);
			char buf[1024];
			read(fd1,buf,sizeof(buf));
			printf("1 fifo output = %s\n",buf);
			if(strncmp(buf,"quit",4)==0)
			{
				break;
			}
		}
	}

	close(fd1);
	close(fd2);
	unlink("fifo1");
	unlink("fifo2");
	return 0;
}
cpp 复制代码 
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
	if(mkfifo("fifo1",0666) < 0 && errno != EEXIST)
	{
		perror("mkfifo fail");
		return -1;
	}
	
	printf("mkfifo1 success\n");

	int fd1 = open("fifo1",O_WRONLY);
	if(fd1 < 0)
	{
		perror("open fail");
		return -1;
	}
	
	if(mkfifo("fifo2",0666) < 0 && errno != EEXIST)
	{
		perror("mkfifo fail");
		return -1;
	}
	
	printf("mkfifo1 success\n");

	int fd2 = open("fifo2",O_RDONLY);
	if(fd2 < 0)
	{
		perror("open fail");
		return -1;
	}

	pid_t pid = fork();

	if(pid > 0)
	{
		while(1)
		{
			sleep(1);
			char buf[1024];
			printf("1 fifo input>");
			fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
			write(fd1,buf,sizeof(buf));
			if(strncmp(buf,"quit",4)==0)
			{
				break;
			}
		}
	}else if(pid == 0)
	{
		while(1)
		{
			sleep(1);
			char buf[1024];
			read(fd2,buf,sizeof(buf));
			printf("2 fifo out %s\n",buf);
			if(strncmp(buf,"quit",4)==0)
			{
				break;
			}
		}
	}

	close(fd1);
	close(fd2);
	unlink("fifo1");
	unlink("fifo2");
	return 0;
}
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