Linux——匿名管道

为什么要有进程间通信？

在操作系统中，进程是独立运行的程序，多个进程之间要想互相协作完成任务，就需要进程间通信。

什么是进程间通信？

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，通知他们发送了某些事情，后者发送任务让他们执行
进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行，此时进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常，并且能够及时通知它的状态改变。

进程间通信的目的

为了实现资源的共享，协作和同步，从而提高系统的效率和可靠性。

进程间通信的种类

1.管道

匿名管道
命名管道

2.System V

消息队列
共享内存
信号量

3.POSIX V

消息队列
共享内存
信号量
互斥量
条件变量
读写锁

管道的特点

管道是用来进行某种血缘关系的进程间通信的一种手段 ——一般用于父子进程
管道具有让进程间协同、提供了访问控制。（访问控制就是当一个文件里面没有数据的时候，另一方不会去读，只会阻塞等待。当文件满的时候，不能再写入了。）
管道提供了面向流式的通信服务——面向字节流
管道是基于文件的，声明周期随进程
管道是单向通信的。

如何看到同一份资源？

进程间通信的本质是实现资源的共享，那么最重要的一点就是如何看到同一份资源。
先聊一聊匿名管道，匿名管道是通过父子进程后，写时拷贝后，看到的同一份资源，然后让父进程关闭读端，子进程关闭写端，这样就可以让两个进程看到同一份资源了。
以前说过，每一个进程都有一个PCB，而每个PCB结构体中都有一个指针指向了struct file*struct，这个结构体里面就有文件描述符表，每一个文件描述表中的指针指向了每个文件。

在这里插入图片描述

所以父子进程通过fork后，就看到了同一份资源，如下图所示，又因为管道是单向的，关闭对应的读写端，就实现了通信。

在这里插入图片描述

匿名管道接口

pipe

成功返回0，失败返回-1，错误码被设置。pipefd是输出型参数，期望调用它，可以得到被打开的文件的fd。

实验

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

char buffer[1024*8];

int main()
{
    //创建管道
    int pipefd[2] = {0};
    int ret = pipe(pipefd);
    assert(ret != -1);
    (void)ret;

    pid_t id = fork();
    assert(id != -1);
    if(id == 0)
    {
        //child
        //子进程去读，关闭写端
        close(pipefd[1]);
        // char buffer[1024*8];
        while(true)
        {
            //s == 0 是读到了文件末尾
            // s > 0 说明在有数据，还在读取
            ssize_t s = read(pipefd[0],buffer,sizeof(buffer));
            if(s > 0)
            {
                buffer[s] = 0;
                cout << "child get a message[" << getpid() << "] Father# " << buffer << endl;
            }
            else if(s == 0)
            {
                cout << "write quit(father),me quit!" << endl;
                exit(2);
            }
        }
    }

    //father
    //关闭读端
    close(pipefd[0]);
    string message = "我是父进程，我正在给你发信息";
    int count = 0;
    // char send_buffer[1024*8];
    while(true)
    {
        snprintf(buffer,sizeof(buffer),"%s[%d] : %d",message.c_str(),getpid(),count++);
        //向send_buffer中写入
        write(pipefd[1],buffer,strlen(buffer));
        
        sleep(1);

        //cout << count << endl;
        if(count == 5)
        {
            cout << "writer quit(father)" << endl;
            break;
        }
    }

    close(pipefd[1]);
    pid_t n = waitpid(id,nullptr,0);
    cout << "id : " << id << " "<<  "n : " << n << endl;//这里pid结果一样，说明通信成功
    assert(n > 0);
    (void)n;


    return 0;
}

实验现象：父进程向管道里面写入，子进程读，当5s后，关闭管道。

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