进程间通信

pipe进行父子进程间的通信
pipe进行兄弟进程间的通信
FIFO进行无血缘关系的进程间通信（FIFO又被称为命名管道）
mmap函数进行有血缘无血缘进程间通信

IPC

InerProcess Communication(进程间通信)

进程间通信的4种方式

管道 - 简单
信号 - 系统开销小
共享映射区 - 有无血缘关系的进程间通信都可以
本地套接字 - 稳定

匿名管道pipe

这里指的是匿名管道pipe

匿名管道概念

本质
- 内核缓冲区
- 伪文件，匿名管道在硬盘上没有这个文件，也不占用磁盘空间
特点
- 两部分
  - 读端，写端，对应两个文件描述符
  - 数据写端流入，读端流出
- 操作管道的进程被销毁之后，管道自动被释放了
- 管道默认是阻塞的
  - 读写

匿名管道的原理

内部实现方式：队列
- 环形队列
- 特点：先进先出，数据结构特点：不用频繁移动内部元素，队头队尾会随元素移出相对移动。
缓冲区大小
- 默认4k
- 大小会根据实际情况做适当调整

匿名管道的局限性

队列
- 数据只能读取一次，不能重复读取
半双工
- 单工：遥控器
- 半双工：对讲机
  - 数据传输方向是单向的
- 双工：电话
匿名管道pipe
- 适用于有血缘关系的进程

创建匿名管道

int pipe(int fd[2]);
- fd 为传出参数
- fd[0]为读端
- fd[1]为写端

例：

int main()
{
    int fd[2];
    int ret = pipe(fd);
    if(ret == -1)
    {
        perror("piper error");
        exit(1);
    }
    pid_t pid = fork();//fork在管道之后，这样子进程能继承父进程的文件描述符
    if(pid == -1)
    {
        perror("fork error");
        exit(1);
    }
    
    printf("pipe[0] = %d\n" fd[0]);
    printf("pipe[1] = %d\n" fd[1]);
    
    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
    
    return 0;
}

父子进程使用匿名管道通信

练习

父子进程间通信，实现 ps aux | grep bash

数据重定向：dup2（oldfd,newfd)
execlp
因为管道的数据只能读一次，为了防止父进程把数据写了自己读了，而且有时候会出现浪费系统资源的现象
- 父进程写：关闭读端
- 子进程读：关闭写端
- 如果需要双向通信：那就要用两个管道了

int main()
{
    int fd[2];
    int ret = pipe(fd);
    if(ret == -1)
    {
        perror("piper error");
        exit(1);
    }
    pid_t pid = fork();//fork在管道之后，这样子进程能继承父进程的文件描述符
    if(pid == -1)
    {
        perror("fork error");
        exit(1);
    }
    //父进程
    // ps aux
    if(pid>0)
    {
        //关闭读端
        close(fd[0]);
        //文件描述符重定向
        dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);
        execlp("ps","ps","aux",NULL);
        perror("execlp");
        exit(1);
    }
    else if(pid == 0) 
    {
        close(fd[1]);
        dup2(fd[0],STDIN_FILENO);
        execlp("grep","grep","bash",NULL);
    }
    
    printf("pipe[0] = %d\n" fd[0]);
    printf("pipe[1] = %d\n" fd[1]);
    
    close(fd[0]);
    close(fd[1]);
    
    return 0;
}

兄弟进程间通信，实现 ps aux |grep bash
- 把父进程的读和写都close掉，父进程只负责回收子进程的pcb

匿名管道的读写行为

读操作
- 有数据
  - read(fd) ：正常读，返回读出的字节数
- 无数据
  - 写端全部关闭
    - read解除阻塞，返回0
    - 相对于读文件读到了尾部
  - 没有全部关闭
    - read阻塞
写操作
- 读端全部关闭
  - 管道破裂，进程被终止
    - 内核给当前进程发信号SIGPIPE
- 读端没全部关闭
  - 缓冲区写满了
    - write阻塞
  - 缓冲区没有满
    - write继续写
如何设置非阻塞？
- 默认读写两端都阻塞
- 设置读端为非阻塞pipe(fd)
  - fcntl - 变参函数
    - 修改文件属性：open的时候对应的flag属性
  - 设置方法：
    - 获取原来的flag：int flag = fcntl(fd[0],F_GETFL)；
    - 生成新的flag：flag |= NONBLOCK;
    - 设置：fcntl(fd[0],F_SETFL,flags);

有名管道FIFO

特点

有名管道
在磁盘上有个文件，如果 ls -l 文件类型是 p
伪文件，在磁盘上大小永远为0，往里面写的数据，会被映射到内核缓冲区
在内核中有一个对应的缓冲区
半双工

使用场景

可以进行没有血缘关系的进程间通信

创建方式

命令：mkfifo 管道名
函数：mkfifo

FIFO文件可以使用IO函数进行操作

open/close
read/write
不能执行lseek操作

进程间通信

两个不相干的进程

使用

就像对待文件一样，创建，两个程序读写。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#define PATHNAME    "/tmp/myfifo"
int main (void)
{
    pid_t pid;
    int fd = -1;
    char buf[BUFSIZ] = "";
    // 创建一个命名管道，大家可以用 ls -l 命令查看这个管道文件的属性
    if (mkfifo(PATHNAME, 0644) < 0) {
        perror("mkfifo()");
        exit(1);
    }
    fflush(NULL);
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        perror("fork()");
        exit(1);
    }
    if (!pid) { // parent
        pid = fork();
        if (pid < 0) {
            perror("fork()");
            exit(1);
        }
        if (!pid) { // parent
            // 两个子进程都创建完之后父进程直接退出，使两个子进程不具有亲缘关系。
            exit(0);
        }
        /* child 2 */
        /* 像操作普通文件一样对这个管道进行 open(2)、read(2)、write(2)、close(2) */
        fd = open(PATHNAME, O_RDWR);
        if (fd < 0) {
            perror("open()");
            exit(1);
        }
        read(fd, buf, BUFSIZ);
        printf("%s", buf);
        write(fd, " World!", 8);
        close(fd);
        exit(0);
    } else { // child 1
        fd = open(PATHNAME, O_RDWR);
        if (fd < 0) {
            perror("open()");
            exit(1);
        }
        write(fd, "Hello", 6);
        sleep(1); // 刚写完管道不要马上读，等第二个进程读取完并且写入新数据之后再读。
        read(fd, buf, BUFSIZ);
        close(fd);
        puts(buf);
        // 肯定是这个进程最后退出，所以把管道文件删除，不然下次再创建的时候会报文件已存在的错误
        remove(PATHNAME);
        exit(0);
    }
    return 0;
}

内存映射区

mmap - 创建内存映射区

#include <sys/mman.h>
void * mmap (void *addr,
             size_t len,
             int prot,
             int flags,
             int fd,
             off_t offset);

addr
这个参数是建议地址（hint），没有特别需求一般设为NULL。这个函数会返回一个实际 map 的地址。
len
文件长度，不能为0
prot
表明对这块内存的保护方式，不可与文件访问方式冲突。
- PROT_READ
  - 读权限，必须要有的权限
- PROT_WRITE
  - 写权限
- PROT_EXEC
  - 执行权限
使用 | 进行连接
flags
- MAP_PRIVATE
  - 修改了内存数据不会同步到磁盘
- MAP_SHARED
  - 修改内存数据会同步到磁盘。
  - 与 MAP_PRIVATE冲突。
fd
文件描述符。进行 map 之后，文件的引用计数会增加。因此，我们可以在 map 结束后关闭 fd，进程仍然可以访问它。当我们 munmap 或者结束进程，引用计数会减少。
offset
- 文件偏移，从文件起始算起。必须是4K的整数倍
- 或者为 0
返回值

如果成功，返回指向映射区首地址的指针。

如果失败，mmap 函数将返回 MAP_FAILED。

munmap 释放内存映射区

函数原型： int munmap(void *addr,size_t length);
- addr :mmap的返回值，映射区的首地址
- length：mmap的第二个参数，映射区的长度

#include<stdlib.h>
#include<sys.mman.h>
#include<fcntl.h>
int main(){
    int fd = open("english.txt",O_RDWR);
    int len = lseek(fd,0,SEEK_END);
    //创建内存映射区
    void *ptr = mmap(NULL,len,PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED, fd ,0);
    
    if(ptr == MAP_FAILED)
    {
        perror("mmap error");
        exit(1);
    }
    
    printf("%s",(char*)ptr);
    //释放内存映射区
    munmap（ptr,len);
    close(fd);
    return 0;
}

使用mmap中的一些注意事项

如果对mmap的返回值做操作是不可以的。
- 因为munmap需要这个值进行释放操作，所以不能动。
- 需要新建一个指针等于这个指向地址，在对新建指针进行操作。char *pt = ptr;
open 文件的权限要大于等于 mmap创建内存映射区的权限，而且必须要有读权限。
可以在open的时候O_CREAT一个新文件来创建映射区么？
- 可以，但只创建没有大小不可以，需要做文件拓展
  - lseek
  - 或truncate(path,length);
mmap后关闭文件描述符，对mmap映射有没有影响？
- 没有
对ptr越界操作会怎么样？
- 段错误

mmap 优势

比文件IO操作要更快，是直接在内存上处理的，不是在磁盘上，效率高，

但mmap不阻塞，用的时候要考虑读写先后顺序。

mmap 创建匿名映射区

#include<stdlib.h>
#include<sys.mman.h>
#include<fcntl.h>
int main(){
	int len = 4096;
    //创建匿名映射区
    void *ptr = mmap(NULL,len,PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANON, -1 ,0);
    
    if(ptr == MAP_FAILED)
    {
        perror("mmap error");
        exit(1);
    }
    
    //创建子进程
    pid_t pid = fork();
    if(pid == -1)
    {
        perror("fork error");
        exit(1);
    }
    if(pid > 0)
    {	//写数据
        strcpy((char*)ptr,"复制进去一句话");
        //回收子进程
        wait(NULL);
    }
    else if(pid == 0)
    {
        // 读数据
        printf("%s\n",(char*)ptr);
    }
    printf("%s",(char*)ptr);
    //释放内存映射区
    munmap（ptr,len);
    return 0;
}

对于有血缘关系的进程，用mmap创建匿名文件映射区，不用管磁盘上到底有没有这个文件，更方便。

mmap对于没有血缘关系进程通信

对于没有血缘关系的进程，需要借助磁盘文件创建映射区

不阻塞
a.c
- 打开文件用mmap对映射区进行读写操作
b.c
- 打开文件用mmapd对映射区做读写操作

// a.c
#include<stdlib.h>
#include<sys.mman.h>
#include<fcntl.h>
int main(){
	//打开磁盘文件，没有就创建
	int fd = open("temp", O_RDWR|O_CREAT,0664);
	//给创建的文件做一个扩展
	ftruncate(fd,4096);
	//求文件大小，虽然扩展自己知道4096，但是万一改变了还需要改
	int len = lseek(fd,0,SEEK_END);
	//创建mmap
	void* ptr = mmap(NULL,len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
	if(ptr == MAP_FAILED)
	{
        perror("mmap");
        exit(1);
	}
	
	while(1)
	{
        sleep(1);
        //读取映射区的时候不必从头读
        printf("%s\n",(char*)ptr+1024);
	}
	//释放
	int ret = munmap(ptr,len);
	if(ret == -1)
	{
        perror("munmap");
        exit(1);
	}
	return 0;
}

另一个程序

// b.c
#include<stdlib.h>
#include<sys.mman.h>
#include<fcntl.h>
int main(){
	//打开同一个磁盘文件
	int fd = open("temp", O_RDWR|O_CREAT,0664);
	//求文件大小
	int len = lseek(fd,0,SEEK_END);
	//创建mmap
	void* ptr = mmap(NULL,len,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
	if(ptr == MAP_FAILED)
	{
        perror("mmap");
        exit(1);
	}
	
	while(1)
	{
        //写数据,写的方式就是对指针进行操作即可
        char* p = (char*)ptr;
        //和读对应，也偏移1024
        p+=1024;
        strcpy(p,"hello,world\n");
        //特意写慢一些，那边读是不阻塞的，所以每2秒会有一次输出空行
        sleep(2);
	}
	//释放
	int ret = munmap(ptr,len);
	if(ret == -1)
	{
        perror("munmap");
        exit(1);
	}
	return 0;
}

补充：dup和dup2

复制文件描述符

dup

int dup(int oldfd);
- oldfd：要复制的文件描述符
- 返回值：新的文件描述符
- dup调用成功
  - 有两个文件描述符指向同一个文件
- 返回值：取最小的且没被暂用的文件描述符
- 复制完有两个文件描述符，close掉其中一个，文件没有被关闭，还有一个文件描述符。
int dup2(int oldfd, int newfd);
- oldfd ->hello
- newfd ->world
- 假设newfd已经指向了一个文件，首先断开close与那个文件的链接，newfd指向oldfd指向的文件

Let's start BB ！

进程间通信笔记（一）

进程间通信

IPC

进程间通信的4种方式

匿名管道pipe

匿名管道概念

匿名管道的原理

匿名管道的局限性

创建匿名管道

父子进程使用匿名管道通信

匿名管道的读写行为

有名管道FIFO

特点

使用场景

创建方式

FIFO文件可以使用IO函数进行操作

进程间通信

使用

内存映射区

mmap - 创建内存映射区

munmap 释放内存映射区

使用mmap中的一些注意事项

mmap 优势

mmap 创建匿名映射区

mmap对于没有血缘关系进程通信

补充：dup和dup2

dup