Linux系统编程-进程（四）-进程间通讯-同主机-方式01：无名管道、有名管道（同主机进程间通信）【进程是独立的资源分配单元，不同进程的资源独立无关联】一、无名管道二、有名管道

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我是靠谱客的博主愉快背包，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Linux系统编程-进程（四）-进程间通讯-同主机-方式01：无名管道、有名管道（同主机进程间通信）【进程是独立的资源分配单元，不同进程的资源独立无关联】一、无名管道二、有名管道，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

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：

数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。
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）。
资源共享：多个进程之间共享同样的资源。为了做到这一点，需要内核提供互斥和同步机制。
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。

Linux 操作系统支持的主要进程间通信的通信机制：

一、无名管道

1、概述

管道也叫无名管道，它是 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。

管道有如下特点：

1) 半双工，数据在同一时刻只能在一个方向上流动。
2) 数据只能从管道的一端写入，从另一端读出。
3) 写入管道中的数据遵循先入先出的规则。
4) 管道所传送的数据是无格式的，这要求管道的读出方与写入方必须事先约定好数据的格式，如多少字节算一个消息等。
5) 管道不是普通的文件，不属于某个文件系统，其只存在于内存中。
6) 管道在内存中对应一个缓冲区。不同的系统其大小不一定相同。
7) 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。
8) 管道没有名字，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。

对于管道特点的理解，我们可以类比现实生活中管子，管子的一端塞东西，管子的另一端取东西。

管道是一种特殊类型的文件，在应用层体现为两个打开的文件描述符。

2、pipe函数

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2]);
功能：创建无名管道。

参数：
pipefd : 为 int 型数组的首地址，其存放了管道的文件描述符 pipefd[0]、pipefd[1]。
当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符 fd[0] 和 fd[1]。其中 fd[0] 固定用于读管道，而 fd[1] 固定用于写管道。一般文件 I/O的函数都可以用来操作管道(lseek() 除外)。

返回值：
成功：0
失败：-1

下面我们写这个一个例子，子进程通过无名管道给父进程传递一个字符串数据：

int main()
{
int fd_pipe[2] = { 0 };
pid_t pid;

if (pipe(fd_pipe) < 0)
{// 创建管道
perror("pipe");
}

pid = fork(); // 创建进程
if (pid == 0)
{ // 子进程
char buf[] = "I am mike";
// 往管道写端写数据
write(fd_pipe[1], buf, strlen(buf));

_exit(0);
}
else if (pid > 0)
{// 父进程
wait(NULL); // 等待子进程结束，回收其资源
char str[50] = { 0 };

// 从管道里读数据
read(fd_pipe[0], str, sizeof(str));

printf("str=[%s]n", str); // 打印数据
}

return 0;
}

3、管道的读写特点

使用管道需要注意以下4种特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志）：

1) 如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端引用计数为0），而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。
2) 如果有指向管道写端的文件描述符没关闭（管道写端引用计数大于0），而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。
3) 如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道读端引用计数为0），这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。当然也可以对SIGPIPE信号实施捕捉，不终止进程。具体方法信号章节详细介绍。
4) 如果有指向管道读端的文件描述符没关闭（管道读端引用计数大于0），而持有管道读端的进程也没有从管道中读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，直到管道中有空位置了才写入数据并返回。

读管道：

管道中有数据，read返回实际读到的字节数。
管道中无数据：
- 管道写端被全部关闭，read返回0 (相当于读到文件结尾)
- 写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)

写管道：

管道读端全部被关闭，进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程终止)
管道读端没有全部关闭：
- 管道已满，write阻塞。
- 管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。

4、设置为非阻塞的方法

设置方法：

//获取原来的flags
int flags = fcntl(fd[0], F_GETFL);
// 设置新的flags
flag |= O_NONBLOCK;
// flags = flags | O_NONBLOCK;
fcntl(fd[0], F_SETFL, flags);

结论：如果写端没有关闭，读端设置为非阻塞，如果没有数据，直接返回-1。

5、查看管道缓冲区命令

可以使用ulimit -a 命令来查看当前系统中创建管道文件所对应的内核缓冲区大小。

6、查看管道缓冲区函数

#include <unistd.h>

long fpathconf(int fd, int name);
功能：该函数可以通过name参数查看不同的属性值
参数：
fd：文件描述符
name：
_PC_PIPE_BUF，查看管道缓冲区大小
_PC_NAME_MAX，文件名字字节数的上限
返回值：
成功：根据name返回的值的意义也不同。
失败： -1

示例：

int main()
{
int fd[2];
int ret = pipe(fd);
if (ret == -1)
{
perror("pipe error");
exit(1);
}

long num = fpathconf(fd[0], _PC_PIPE_BUF);
printf("num = %ldn", num);

return 0;
}

二、有名管道

1、概述

管道，由于没有名字，只能用于亲缘关系的进程间通信。为了克服这个缺点，提出了命名管道（FIFO），也叫有名管道、FIFO文件。

命名管道（FIFO）不同于无名管道之处在于它提供了一个路径名与之关联，以 FIFO 的文件形式存在于文件系统中，这样，即使与 FIFO 的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过 FIFO 相互通信，因此，通过 FIFO 不相关的进程也能交换数据。

命名管道（FIFO)和无名管道（pipe）有一些特点是相同的，不一样的地方在于：

1) FIFO 在文件系统中作为一个特殊的文件而存在，但 FIFO 中的内容却存放在内存中。
2) 当使用 FIFO 的进程退出后，FIFO 文件将继续保存在文件系统中以便以后使用。
3) FIFO 有名字，不相关的进程可以通过打开命名管道进行通信。

2、通过命令创建有名管道

3、通过函数创建有名管道


#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
功能：
命名管道的创建。
参数：
pathname : 普通的路径名，也就是创建后 FIFO 的名字。
mode : 文件的权限，与打开普通文件的 open() 函数中的 mode 参数相同。(0666)
返回值：
成功：0
状态码
失败：如果文件已经存在，则会出错且返回 -1。

4、有名管道读写操作

一旦使用mkfifo创建了一个FIFO，就可以使用open打开它，常见的文件I/O函数都可用于fifo。如：close、read、write、unlink等。

FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。


//进行1，写操作
int fd = open("my_fifo", O_WRONLY);

char send[100] = "Hello Mike";
write(fd, send, strlen(send));

//进程2，读操作
int fd = open("my_fifo", O_RDONLY);//等着只写

char recv[100] = { 0 };
//读数据，命名管道没数据时会阻塞，有数据时就取出来
read(fd, recv, sizeof(recv));
printf("read from my_fifo buf=[%s]n", recv);