Linux_Centos行程間通信_管道(匿名管道_命名管道)

1.管道是什么

兩個行程通過打開同一個”檔案“來實作行程間通信，
其中一個行程向檔案里寫入資料，另一個行程通過檔案讀取資料，
或者一個行程向檔案里讀取資料，另一個行程通過檔案寫入資料，
把從一個行程連接到另一個行程的一個這個“檔案”稱為一個管道

根據上面的分析可知，管道只能單向通信

2.匿名管道（父子行程通信）

①匿名管道原理

在我們創建子行程的時候，子行程會共享父行程的資料，當修改行程資料時發生寫時拷貝，當父行程打開檔案后再創建子行程，檔案描述符資訊也會被子行程接受到，兩個行程通過檔案描述符就可以找到同一個檔案，就可以實作資料通信

②pipe函式 (unistd.h) 創建匿名管道

函式原型：
int pipe(int fd[2]);
引數意義：
fd為輸出型引數，傳入fd陣列后，當函式呼叫結束后fd[0]表示讀端，fd[1]表示寫端，
fd陣列中保存的是檔案描述符
回傳值：
成功回傳0，失敗回傳-1

確認讀寫行程，關閉對應讀寫端

因為管道只能單向通信，所以當我們呼叫pipe后創建子行程后會出現下圖狀況

這時要確認讀寫行程，并且關閉對應的讀寫段，
eg:父行程要讀取管道資料，此時關閉父行程的fd[1]，子行程要向管道寫入資料，關閉子行程的fd[0].

父子行程匿名管道通信代碼

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
  int fd[2]={0};
  if(pipe(fd)<0)
  {
    perror("pipe error\n");
  }
  pid_t id=fork();
  if(id==0)
  {
    //child
    close(fd[0]);//子行程關閉讀端
    const char* Str="Hello Linux";
    for(int i=0;i<10;i++)
    {
      write(fd[1],Str,strlen(Str));//向管道寫入資料
      sleep(1);
    }
    close(fd[1]);
    exit(0);
  }
  //father
  close(fd[1]);
  char buff[32]={0};
  while(1)
  {
    ssize_t ReadSize=read(fd[0],buff,sizeof(buff));
    if(ReadSize>0)//讀取到資料
    {
      buff[ReadSize]='\0';//補充字串接受的標準
      printf("receive:%s\n",buff);
    }
    else if(ReadSize==0)//讀取結束
    {
      printf("read end!\n");
      break;
    }
    else //讀取失敗
    {
      perror("read error!\n");
      break;
    }
  }
  waitpid(id,NULL,0);//父行程阻塞式等待
  return 0;
}

注意:
1.實作父子行程不可以通過設定全域變數的方式來實作，因為在創建子行程后，為了保持行程獨立性，子行程在修改資料時會發生寫時拷貝，此時父子行程的全域變數不是同一份了，

2.如果寫端關閉，此時讀端read會回傳0代表檔案結束

3.當管道檔案為空時，此時讀取行程掛起等待寫入，當管道檔案寫滿時，此時寫入行程掛起等待讀取，

4.當管道讀取行程被關閉，此時管道寫入行程會被作業系統終止，因為寫入的資料無意義，

3.管道對臨界資源的保護(同步與互斥)

在多執行流下，父子行程看到的同一份資源稱為臨界資源，

eg:
當子行程正在向管道中寫入資料，父行程此時不能進入管道中讀取資料，

理由：
管道內部提供了互斥與同步機制，管道檔案為空時，此時父行程的read函式會被阻塞不再讀取，

4.命名管道(任意兩個行程通信)

命名管道有檔案名，多個行程可以通過打開同一個檔案，來讓不同行程訪問同一份資源，

①mkfifo函式(sys/type.h sys/stat.h)

函式原型
int mkfifo(const char*Pathname,mode_t mode);
引數解釋：
Pathname：創建命名管道的路徑和名稱，
mode：創建命名管道的檔案權限
回傳值：創建成功回傳0，失敗回傳-1，

②命名管道練習：利用管道實作行程A向行程B發送字串

因為我們要讓不同行程找到相同的管道檔案，所以將兩個行程所需要的檔案名以及頭檔案放到Common.c中

Common.c

#pragma once

#include<string.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>

#define FIFE_NAME "MyFiFo"

server是創建管道檔案，并且讀取管道檔案的資料，將這些資料列印到顯示幕上

#include"Commmen.c"

int main()
{
  if(mkfifo(FIFE_NAME,0664)<0)//創建管道檔案
  {
    perror("make fifo error\n");
    return 1;
  }

  int fd=open(FIFE_NAME,O_RDONLY);//打開管道檔案，只讀取
  if(fd<0)
  {
    perror("open error\n");
    return 2;
  }
  char buff[32]={0};
  while(1)
  {
    buff[0]='\0';//每次情況字串
    ssize_t size=read(fd,buff,sizeof(buff)-1);//讀取字串放到buff緩沖區中,空余一個空間存放'\0'
    if(size>0)//讀取成功
    {
      buff[size]='\0';//為字串添加'\0'
      printf("client:%s\n",buff);
    }
    else if(size==0)//管道關閉
    {
      printf("End Client\n");
      break;
    }
    else //讀取失敗
    {
      perror("read error\n");
      break;
    }
  }

  close(fd);
  return 0;
}

client是讀取鍵盤上的字符，并且將這些字符寫到管道檔案中，
client.c

#include"Commmen.c"

int main()
{
  int fd=open(FIFE_NAME,O_WRONLY);//通過寫的方式打開管道檔案
  if(fd<0)
  {
    perror("open error\n");
    return 1;
  }
  char buff[32]={0};
  while(1)
  {
    printf("Enter String\n");
    buff[0]='\0';//清空字符緩沖區
    ssize_t size=read(0,buff,sizeof(buff));//0為標準輸入的檔案描述符，讀取鍵盤輸入的字符
    if(size>0)
    {
      buff[size]='\0';
      write(fd,buff,strlen(buff)-1);//向管道檔案中寫入buff陣列的資料
    }
    else 
    {
      printf("error wirte\n");
    }
  }
  close(fd);
  return 0;
}

運行結果：

注意：當我們向管道檔案寫入而不讀取時，管道檔案的大小并不會發生變化，這些資料保存在系統中，沒有重繪到磁盤中，雙方通信在記憶體中通信