进程间通信 IPC
InterProcess Communication
1.进程间通信方式
1.早期的进程间通信：
无名管道(pipe)、有名管道(fifo)、信号(signal)
2.system V PIC：
共享内存(share memory)、信号灯集(semaphore)、消息队列(message queue)
3.BSD:
套接字(socket)
2.无名管道
2.1 特点
- 只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信
- 半双工的通信模式，具有固定的读端fd[0]和写端fd[1]。
- 管道可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写可以使用文件IO如read、write函数。
- 管道是基于文件描述符的通信方式。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。
2.2 函数接口
int pipe(int fd[2])
功能：创建无名管道
参数：文件描述符 fd[0]：读端 fd[1]:写端
返回值：成功 0
失败 -1
读写特性：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
char buf[65536] = "";
int fd[2] = {0}; //fd[0]代表读端，fd[1]代表写端
if (pipe(fd) < 0)
{
perror("pipe err");
return -1;
}
printf("%d %d\n", fd[0], fd[1]);
//结构类似队列，先进先出
//1. 当管道中无数据时，读阻塞。
// read(fd[0], buf, 32);
// printf("%s\n", buf);
//但是关闭写端就不一样了
//当管道中有数据关闭写端可以读出数据，无数据时关闭写端读操作会立即返回。
// write(fd[1], "hello", 5);
// close(fd[1]);
// read(fd[0], buf, 32);
// printf("%s\n", buf);
//2. 当管道中写满数据时，写阻塞，管道空间大小为64K
// write(fd[1], buf, 65536);
// printf("full!\n");
//write(fd[1], "a", 1); //当管道写满时不能再继续写了会阻塞
//写满一次之后，当管道中至少有4K空间时(也就是读出4K)，才可以继续写，否则阻塞。
// read(fd[0], buf, 4096); //换成4095后面再写就阻塞了，因为不到4K空间
// write(fd[1], "a", 1);
//3. 当读端关闭，往管道中写入数据无意义，会造成管道破裂，进程收到内核发送的SIGPIPE信号。
close(fd[0]);
write(fd[1], "a", 1);
printf("read close\n");
return 0;
}
用gdb调试可以看见管道破裂信号:
gcc -g xx.c
gdb a.out
r
2.3 注意事项
1.当管道中无数据时，读操作会阻塞。
管道中有数据，将写端关闭，可以将数据读出。
管道中无数据，将写端关闭，读操作会立即返回。
2.管道中装满（管道大小64K）数据写阻塞，一旦有4k空间，写继续。
3.只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。否则，会导致管道破裂，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIGPIPE信号 (通常Broken pipe错误)。
练习题：父子进程实现通信，父进程循环从终端输入数据，子进程循环打印数据，当输入quit结束。
提示：不需要加同步机制, 因为pipe无数据时读会阻塞。
先创建管道再fork，这样父子进程可以使用同一个无名管道。
参考代码：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid;
char buf[32] = "";
int fd[2];
if (pipe(fd) < 0)
{
perror("pipe err");
return -1;
}
printf("%d %d\n", fd[0], fd[1]);
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork err");
return -1;
}
else if (pid == 0) //循环打印, quit结束
{
while (1)
{
read(fd[0], buf, 32); //读出管道中内容存入buf
if (strcmp(buf, "quit") == 0)
break;
printf("%s\n", buf);//将buf内容打印到终端
}
}
else //循环输入,quit结束
{
while (1)
{
scanf("%s", buf);
write(fd[1], buf, 32); //把输入buf内容写入管道
if (strcmp(buf, "quit") == 0)
break;
}
wait(NULL);
}
return 0;
}
练习题：请在linux 利用c语言编程实现两个线程按照顺序依次输出”ABABABAB......"
例如a线程输出”A”之后b线程输出”B”，然后a线程输出“A”，再b线程输出”B”，之后往复循环。
信号量实现（方法一）:
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <semaphore.h>
#include<unistd.h>
char buf[32];
sem_t sem0;
sem_t sem1;
void *handler_thread(void *arg)
{
while (1)
{
//申请资源 sem0
sem_wait(&sem0); //P操作, -1
printf("B");
fflush(NULL);
//释放资源 sem1
sem_post(&sem1);
sleep(1);
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
pthread_t tid;
if (sem_init(&sem0, 0, 0) != 0)
{
perror("sem init 0 err");
return -1;
}
if (sem_init(&sem1, 0, 1) != 0)
{
perror("sem init 1 err");
return -1;
}
if (pthread_create(&tid, NULL, handler_thread, NULL) != 0)
{
perror("pthread err");
return -1;
}
while (1)
{
//申请资源 sem1
sem_wait(&sem1);
printf("A");
fflush(NULL);
sem_post(&sem0); //V操作，+1
sleep(1);
}
return 0;
}
条件变量实现（方法二）：
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
pthread_mutex_t lock;
pthread_cond_t cond;
void *funA(void *arg)
{
sleep(2);
while (1)
{
sleep(1);
pthread_mutex_lock(&lock);
printf("A");
fflush(NULL);
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&lock);
}
pthread_exit(NULL);
}
void *funB(void *arg)
{
sleep(1);
while (1)
{
pthread_mutex_lock(&lock);
pthread_cond_wait(&cond, &lock);
printf("B ");
fflush(NULL);
pthread_mutex_unlock(&lock);
}
putchar('\n');
pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
pthread_t tid1, tid2;
pthread_cond_init(&cond, NULL);
pthread_mutex_init(&lock, NULL);
if (pthread_create(&tid1, NULL, funA, NULL) < 0)
{
perror("tid1 err");
return -1;
}
if (pthread_create(&tid2, NULL, funB, NULL) < 0)
{
perror("tid1 err");
return -1;
}
pthread_join(tid1, NULL);
pthread_join(tid2, NULL);
return 0;
}