一、进程间通信（IPC）
1、为什么要进程间通信？
我们在之前讲过 "进程之间是具有独立性" 的，如果进程间想交互数据，成本会非常高！
因为独立性之本质即 "封闭"，进程们你封闭你的我封闭我的，那么进程间的交流可谓是窒碍难行。
进程间的通信说白了就是 "数据交互"，我们需要多进程进行协同处理一件事情。
- 刚才说的是宏观上的概念，下面我们来看看具体的、为什么要进行通信：
- 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：多个进程之间共享资源
- 通知事件：一个进程需要向另一个或一组进程发送讯息，通知它 (它们) 发生了某种事件（比如进程终止时要通知父进程）
- 进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如 debug 进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷阱和异常，并能够及时知道它的状态改变，属于 "闭环控制"。
进程间通信的必要性：
- 单进程的，那么也就无法使用并发能力，更加无法实现多进程协同
- 传输数据，同步执行流，消息通知等
2、程间通信的技术背景
- 1.进程是具有独立性的。虚拟地址空间+页表 保证进程运行的独立性(进程内核数据结构+进程的代码和数据)
- 2.通信成本会比较高!
3、进程间通信的本质理解
- 1.进程间通信的前提，首先需要让不同的进程看到同一·块“内存"(特定的结构组织的)
- 2.所以你所谓的进程看到同一块"内存"，属于哪一个进程呢?不能隶属于任何一个进程，而应该更强谢共享
进程间通信的方式 也有一些标准
1.Linux原生能提供 - 管道-->匿名 命名
2.Systemy ---多进程 -- 单机通信
共享内存
消息队列(不常用)
信号量(不讲 - 原理)
3.posix-- 多线程----网络通信
标准更多在我们使用者看来，都是接口上具有一定的规律
二、管道（PIPE）
1、何为管道？
何为管道？管道是 系统中最古老的 IPC 形式，
将一个进程连接到另一个进程的数据流称为管道 (Pipe)。
下面我们先来讲解 匿名管道 (Anonymous Pipe) ！
2、匿名管道（Anonymous Pipe）
匿名管道是计算机进程间的一种 单工 先进先出通信机制，全双工通信 通常需要两个匿名管道。
举个例子：假设内存中有两个独立的进程 和 ，我们想让 之间进行进程间通信。
* 令 先把数据拷贝到磁盘上，再让 去读取该数据，如下图所示：
我们可以通过这个例子明白一个道理：通信之前，要让不同的进程看到同一份资源。
现阶段我们要学的进程间通信，不是如何通信，而是先去关注它们是如何看到同一份资源的。
那么在进程通信之前，如何做到让进程 "先看到同一份资源" 呢？
资源的不同，决定了不同种类的通信方式！ 而管道，就是提供共享资源的一种手段。
我们知道，文件在内存和磁盘之间来回切换是非常耗时的，因此进程间通信大多都是内存级别的。
即在内存内部重建一块 "小区域" 进行通信，示意图如下：
对我们来说，我们 echo 一个 hello，写到文件中，实际上这就算通信了
但是我们要讨论的不是这种通信！我们讨论的是内存级的通信！
3、管道通信的原理
我们在前几章中学了文件描述符 (fd) 的知识点，我们将其系统中存在的匿名管道相结合：
首先，一个进程维护自己进程对应的文件描述符表file_struct，而 file_struct 中有对应的数组。
数字里存的是 struct file* fd_array[]，这里面存的就是打开文件的文件指针。
其中 0,1,2 被默认占用，这个在之前我们也做过讲解，对应 stdin, stdout, stdin，这里不再赘述。
如果我们今天打开一个文件，OS 为了管理文件，需要将磁盘中的文件的属性信息加载到内存里。
对该文件形成 struct file，包含了文件的所有属性，对应了文件的：
- ① 操作方法
- ② file 自己内部的缓冲区
如果我们让该进程 fork 创建一个子进程，
在做拷贝时是不需要将 struct file 本身给子进程拷贝一份的。
创建子进程 task_struct 和 file_struct 是需要被拷贝的，但是 struct file 是不需要的。
"创建进程，和我文件有什么关系？"
这也就是为什么我们创建 fork 子进程之后，让父子打印时，都会像同一个显示器打印的原因。
结论：struct file 一定能找到对应缓冲区的操作方法和 file 自己内部缓冲区。
4、管道通信的特点
如何做到让不同的进程，看到同一份资源的呢?---fork让子进程继承的能够让具有血缘关系的进程进行进程间通信- 常用于父子进程
输出型参数，期望通过调用它，得到被打的文件fd
特点：
- 管道是用来进行具有血缘关系的进程进性进程间通信-- 常用于父子通信
- 管道具有通过让进程间协同，提供了访问控制!
- 管道提供的是面向流式的通信服务 -- 面向字节流 -- 协议
- 管道是基丁文件的，文件的生命周期是随进程的，管道的生命周期是随进程的!
- 管道是单向通信的 ，就是半双工通信的一种特殊情况
其中上面第二点理解：
- 写快，读慢，写满不能在写了
- 写慢，读快，管道没有数据的时候，读必须等待
- 写关，读0，标识读到了文件结尾
- 读关，写继续写，0S终止写进程
管道是一个文件 - -读取 -- 具有访问控制
显示器也是一个文件，父子同时往显示器写入的时候，有没有说·个会等另·个的情况呢?
--缺乏访问控制
5、 系统调用：pipe 接口
Linux 给我们提供了 pipe 接口，只需调一下 pipe 就会在底层自动把文件以读和写的方式打开。
你会得到两个 fd，并且会被写进 pipefd[2] 数组中：
#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]); // 数组中分别存储第一次 O_RDONLY 和 O_WRONLY你可以理解为：pipe 内部封装了 open，并且它 open 了两次：
- 第一次 open：以 O_RDONLY 读的方式打开
- 第二次 open：以 O_WRONLY 写的方式打开
最后，把读写 fd 分别放在 pipefd 数组的 0 下标和 1 下标中，这就帮你创建了一个共享文件。
并且别忘了 pipe 可是系统调用，创建文件时就在内核中将文件类型初始化 i_pipe，
让它指向的是一个管道文件，指向管道信息，也就不用和磁盘产生关联了。
当父进程没有写入的时候，子进程在等，所以父进程写入之后，
子进程才能 read（会返回）到数据，子进程打印读取数据要以父进程的节奏为主。
思考：父进程和子进程读写的时候（向显示器写入也是文件），是有一定顺序性的。父子进程各自 printf 的时候，会有顺序吗？
答案是不会。管道内部没有数据，reader 就必须阻塞等待（read），管道内部如果数据被写满，此时 writer 就必须阻塞等待（write），等管道有数据。
完全乱序的地方就是缺乏访问控制，管道内部自带访问控制机制。
最后帮助大家理解管道，准备了一个程序，可以自行尝试理解：
makefile：
mypipe:mypipe.cc
g++ -o $@ $^ -std=c++11 #-DDEBUG
.PHONY:clean
clean:
rm -f mypipemypipe.cc:
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;
// 为什么不定义全局buffer来进行通信呢？？ 因为有写时拷贝的存在，无法更改通信！
int main()
{
// 1. 创建管道
int pipefd[2] = {0}; // pipefd[0(嘴巴，读书)]: 读端 , pipefd[1(钢笔，写)]: 写端
int n = pipe(pipefd);
assert(n != -1); // debug assert, release assert
(void)n;
#ifdef DEBUG
cout << "pipefd[0]: " << pipefd[0] << endl; // 3
cout << "pipefd[1]: " << pipefd[1] << endl; // 4
#endif
// 2. 创建子进程
pid_t id = fork();
assert(id != -1);
if (id == 0)
{
//子进程 - 读
// 3. 构建单向通信的信道，父进程写入，子进程读取
// 3.1 关闭子进程不需要的fd
close(pipefd[1]);
char buffer[1024 * 8];
while (true)
{
// sleep(20);
// 写入的一方，fd没有关闭，如果有数据，就读，没有数据就等
// 写入的一方，fd关闭, 读取的一方，read会返回0，表示读到了文件的结尾！
ssize_t s = read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (s > 0)
{
buffer[s] = 0;
cout << "child get a message[" << getpid() << "] Father# " << buffer << endl;
}
else if(s == 0)
{
cout << "writer quit(father), me quit!!!" << endl;
break;
}
}
// close(pipefd[0]);
exit(0);
}
//父进程 - 写
// 3. 构建单向通信的信道
// 3.1 关闭父进程不需要的fd
close(pipefd[0]);
string message = "我是父进程，我正在给你发消息";
int count = 0;
char send_buffer[1024 * 8];
while (true)
{
// 3.2 构建一个变化的字符串
snprintf(send_buffer, sizeof(send_buffer), "%s[%d] : %d",
message.c_str(), getpid(), count++);
// 3.3 写入
write(pipefd[1], send_buffer, strlen(send_buffer));
// 3.4 故意sleep
sleep(1);
cout << count << endl;
if (count == 5){
cout << "writer quit(father)" << endl;
break;
}
}
close(pipefd[1]);
pid_t ret = waitpid(id, nullptr, 0);
cout << "id : " << id << " ret: " << ret <<endl;
assert(ret > 0);
(void)ret;
return 0;
}运行结果：
文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-783546.html
感谢阅读！！！！！文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-783546.html
到了这里，关于（25）Linux IPC 进程间通信&&系统调用:pipe接口的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
