本文詳解了Linux中行程間通信，包括了行程間通信的介紹，匿名管道和命名管道，

目錄

一、行程間通信的介紹

1. 行程間通信目的

2. 行程間通信分類

二、管道

1. 管道是什么

2. 匿名管道

(1)pipe

（2）實作

（3）用fork來共享管道原理

（4）從檔案描述符角度理解管道

（5）在內核角度理解管道

3.管道讀寫規則

4.管道特點

5.命名管道

（2）匿名管道與命名管道的區別

（3）命名管道的打開規則

（4）用命名管道實作server&client通信

一、行程間通信的介紹

行程在運行時是具有獨立性的，行程間通信一般要借助OS的資源，本質就是“資料拷貝”

1. 行程間通信目的

資料傳輸：一個行程需要將它的資料發送給另一個行程

資源共享：多個行程之間共享同樣的資源，

通知事件：一個行程需要向另一個或一組行程發送訊息，通知發生了某種事件（如行程終止時要通知父行程），

行程控制：有些行程希望完全控制另一個行程的執行（如Debug行程），此時控制行程希望能夠攔截另一個行程的所有陷入和例外，并能夠及時知道它的狀態改變，

2. 行程間通信分類

（1）管道

匿名管道
命名管道
（2）System V行程間通信

System V 訊息佇列
System V 共享記憶體
System V 信號量
（3）POSIX行程間通信

訊息佇列
共享記憶體
信號量
互斥量
條件變數
讀寫鎖

二、管道

1. 管道是什么

管道是Unix中最古老的行程間通信的形式，

一個行程連接到另一個行程的一個資料流稱為一個“管道”

2. 匿名管道

匿名管道用于行程之間通信，且僅限于本地父子行程之間通信，結構簡單，類似于一根水管，一端進水另一端出水(單工)，

由于匿名管道是單工的，所以為實作父子行程雙向通信需要創建兩根管道，并由子行程繼承一根管道的讀句柄和另一根管道的寫句柄，

(1)pipe

原型:

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2]);

功能:創建一匿名管道

引數: fd：檔案描述符陣列,其中fd[0]表示讀端, fd[1]表示寫端

回傳值:成功回傳0，失敗回傳錯誤代碼

?

（2）實作

寫入管道，讀取管道，寫到螢屏

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


int main()
{
  int fd[2] = {0};

  if(pipe(fd) < 0)
  {
    printf("pipe error\n");
    return 1;
  }
  
  pid_t id = fork();    //創建子行程
  if(id == 0)
  {
    close(fd[0]);         //關閉讀
    const char *msg = "hi,i am chlid!";
    int count = 30;
    while(count)
    {
      write(fd[1], msg, strlen(msg));     //向fd[1]寫入
      --count;
      sleep(1);
    }

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

  close(fd[1]);           //關閉寫

  char buff[64];
  while(1)
  {
    ssize_t s = read(fd[0], buff, sizeof(buff));

    if(s > 0)   //讀取成功
    {
      buff[s] = '\0';
      printf("child to father # %s\n", buff);
    }
    else if(s == 0)   //讀取結束
    {
      printf("end\n");
      break;
    }
    else              //讀取失敗
    {
      printf("read error\n");
      break;
    }
  }

  waitpid(id, NULL, 0);   //等待子行程
  
  return 0;
}

（3）用fork來共享管道原理

fork之后會關閉各自不用的描述符，

?

（4）從檔案描述符角度理解管道

a.父行程創建管道

?

b.fork子行程

?

c.父行程關閉fd[0],子行程關閉fd[1]

?

（5）在內核角度理解管道

?

管道的使用和檔案一致，Linux一切皆檔案，

3.管道讀寫規則

（1）當沒有資料可讀時：
O_NONBLOCK disable：read呼叫阻塞，即行程暫停執行，一直等到有資料來到為止，
O_NONBLOCK enable：read呼叫回傳-1，errno值為EAGAIN，
（1）當管道滿的時候：
O_NONBLOCK disable： write呼叫阻塞，直到有行程讀走資料
O_NONBLOCK enable：呼叫回傳-1，errno值為EAGAIN
（1）如果所有管道寫端對應的檔案描述符被關閉，則read回傳0，
（1）如果所有管道讀端對應的檔案描述符被關閉，則write操作會產生信號SIGPIPE,進而可能導致write行程退出，
（1）當要寫入的資料量不大于PIPE_BUF時，linux將保證寫入的原子性，
當要寫入的資料量大于PIPE_BUF時，linux將不再保證寫入的原子性，

4.管道特點

（1）只能用于具有共同祖先的行程（具有親緣關系的行程）之間進行通信；通常，一個管道由一個行程創建，然后該行程呼叫fork，此后父、子行程之間就可應用該管道，
（2）管道提供流式服務
（3）一般而言，行程退出，管道釋放，所以管道的生命周期隨行程
（4）一般而言，內核會對管道操作進行同步與互斥
（5）管道是半雙工的，資料只能向一個方向流動；需要雙方通信時，需要建立起兩個管道

5.命名管道

匿名管道應用的一個限制就是只能在具有共同祖先（具有親緣關系）的行程間通信，如果我們想在不相關的行程之間交換資料，可以使用FIFO檔案來做這項作業，它經常被稱為命名管道，命名管道是一種特殊型別的檔案，

（1）創建一個命名管道

命名管道可以從命令列上創建，命令列方法是使用下面這個命令：

mkfifo filename

命名管道也可以從程式里創建，相關函式有：

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

創建命名管道:

int main(int argc, char *argv[])
{
    mkfifo("p2", 0644);
    return 0;
}

（2）匿名管道與命名管道的區別

a.匿名管道由pipe函式創建并打開，
b.命名管道由mkfifo函式創建，打開用open
c.FIFO（命名管道）與pipe（匿名管道）之間唯一的區別在它們創建與打開的方式不同，一但這些作業完成之后，它們具有相同的語意，

（3）命名管道的打開規則

如果當前打開操作是為讀而打開FIFO時
O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相應行程為寫而打開該FIFO
O_NONBLOCK enable：立刻回傳成功
如果當前打開操作是為寫而打開FIFO時
O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相應行程為讀而打開該FIFO
O_NONBLOCK enable：立刻回傳失敗，錯誤碼為ENXIO

（4）用命名管道實作server&client通信

makefile

.PHONY:all
all:client server

client: client.c
	gcc -o $@ $^
server: server.c
	gcc -o $@ $^

.PHONY:clear
clear:
	rm client server

comm.h

#pragma once 

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

#define FILE_NAME "myfifo"

server.c

#include"comm.h"

int main()
{
  if(mkfifo(FILE_NAME, 0644) < 0){    //創建命名檔案
      perror("myfifo\n");
      return 1;
  }

  int fd = open(FILE_NAME, O_RDONLY); //打開檔案
  if(fd < 0){
      perror("file error\n");
      return 2;
  }

  char msg[128];
  while(1){

      msg[0] = '\0';

      ssize_t s = read(fd, msg, sizeof(msg) - 1);   //讀管道檔案
      if(s > 0){
          msg[s] = 0;
          printf("client to serve # %s", msg);
      }else if(s == 0){
          printf("read end\n");
          break;
      }else{
          perror("read error\n");
          break;
      }
  }

  close(fd);

  return 0;
}

client.c

#include"comm.h"
#include<string.h>

int main()
{
  int fd = open(FILE_NAME, O_WRONLY);
  if(fd < 0)
  {
    printf("open error\n");
    return 1;
  }

  char msg[128];
  while(1){
      msg[0] = 0;
      printf("Please Enter# ");
      fflush(stdout);       //重繪緩沖區

      ssize_t s = read(0, msg, sizeof(msg));    //鍵盤讀取

      if(s > 0){
          msg[s] = 0;
          write(fd, msg, strlen(msg));          //寫
      }
  }

  close(fd);
  return 0;
}

結果：

可以看到兩個行程實作了通信，