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進(jìn)程間通信

什么是進(jìn)程間通信

進(jìn)程間通信的一般規(guī)律

前言：

管道

代碼預(yù)準(zhǔn)備：

如何創(chuàng)建管道 -- pipe 函數(shù)

參數(shù)：

返回值：

wait 函數(shù)

參數(shù)：

驗(yàn)證管道的運(yùn)行：

源文件 test.c ：

makefile 文件：

?運(yùn)行結(jié)果：

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進(jìn)程間通信

什么是進(jìn)程間通信

進(jìn)程間通信（Inter-Process Communication, IPC）是操作系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)概念，它指的是不同進(jìn)程之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或者傳遞消息的機(jī)制。

進(jìn)程間通信的主要原因和目的是：

1. 資源共享：不同的進(jìn)程可能需要訪問(wèn)相同的資源或數(shù)據(jù)，例如文件、數(shù)據(jù)庫(kù)等。通過(guò)IPC，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些共享資源的有效管理和同步訪問(wèn)。

2. 任務(wù)協(xié)作：在很多情況下，一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)可能被分解為多個(gè)子任務(wù)，由不同的進(jìn)程來(lái)執(zhí)行。為了完成整個(gè)任務(wù)，這些進(jìn)程之間需要相互通信，以協(xié)調(diào)它們的工作流程。

3. 提高效率：對(duì)于一些計(jì)算密集型的任務(wù)，可以通過(guò)將工作分配給多個(gè)進(jìn)程來(lái)并行處理，從而加速任務(wù)的完成。這時(shí)就需要有效的通信機(jī)制來(lái)保證各部分工作的正確性與一致性。

4. ?模塊化設(shè)計(jì)：軟件開(kāi)發(fā)時(shí)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，即將程序劃分為相對(duì)獨(dú)立但又能相互作用的功能單元（即進(jìn)程）。這樣做不僅有利于維護(hù)，而且也使得系統(tǒng)更加靈活可擴(kuò)展。良好的IPC支持能夠促進(jìn)這種架構(gòu)模式的應(yīng)用。

5. 跨網(wǎng)絡(luò)服務(wù)調(diào)用：隨著分布式系統(tǒng)的普及，在不同主機(jī)上的進(jìn)程也需要能夠互相通信。這涉及到更高級(jí)別的IPC形式，如RPC (Remote Procedure Call) 等技術(shù)。

進(jìn)程間通信的一般規(guī)律

讓不同的進(jìn)程看到同一份資源！！！

前言：

假設(shè)現(xiàn)在有A、B進(jìn)程，在A進(jìn)程中開(kāi)辟一塊空間并寫入數(shù)據(jù)，讓 B 進(jìn)程去 A 進(jìn)程的這塊空間讀取數(shù)據(jù)，雖然確實(shí)讓不同的進(jìn)程看到了同一份資源，但是破壞了進(jìn)程的獨(dú)立性。

所以進(jìn)程間通信需要有交換數(shù)據(jù)的空間，且這塊空間不能由通信雙方任何一個(gè)提供，那么這塊空間只能由操作系統(tǒng)提供。

我們回顧一下父子進(jìn)程，假設(shè)父進(jìn)程對(duì)同一個(gè)文件分別用讀方式和寫方式打開(kāi)，父進(jìn)程將會(huì)得到兩個(gè)文件描述符對(duì)象。

為什么對(duì)同一個(gè)文件分別用讀方式打開(kāi)和寫方式打開(kāi)，會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)文件描述符對(duì)象?

當(dāng)你使用讀取模式（例如?open("file.txt", "r")）和寫入模式（例如?open("file.txt", "w")）分別打開(kāi)同一個(gè)文件時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)為每次打開(kāi)操作分配一個(gè)獨(dú)立的文件描述符。這樣做有幾個(gè)原因：

1. 獨(dú)立性：每個(gè)文件描述符代表了對(duì)文件的一個(gè)獨(dú)立訪問(wèn)路徑。這意味著你可以同時(shí)從一個(gè)文件描述符讀取數(shù)據(jù)，而從另一個(gè)文件描述符寫入數(shù)據(jù)，即使它們指向的是同一個(gè)物理文件。這種獨(dú)立性允許更靈活地處理文件。

2. 位置指針：每個(gè)文件描述符都有自己的文件偏移量或位置指針。當(dāng)你通過(guò)不同的文件描述符讀寫文件時(shí)，每個(gè)描述符的位置指針可以獨(dú)立移動(dòng)。這樣，在進(jìn)行多線程或多進(jìn)程操作時(shí)，各個(gè)進(jìn)程/線程可以安全地在不同位置上工作而不互相干擾。

3. 權(quán)限控制：以不同模式打開(kāi)文件提供了對(duì)文件的不同級(jí)別的訪問(wèn)權(quán)限。比如，只讀模式下你只能讀取文件內(nèi)容，而在寫入模式下還可以修改文件。擁有兩個(gè)文件描述符意味著可以根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)脑L問(wèn)級(jí)別，同時(shí)也增加了安全性，因?yàn)椴恍枰o所有操作都賦予完全相同的權(quán)限。

4. 性能與資源管理：盡管是同一份文件，但根據(jù)具體的操作需求（如順序讀取、隨機(jī)寫入等），操作系統(tǒng)可能采取不同的策略來(lái)優(yōu)化I/O性能。此外，維護(hù)多個(gè)文件描述符也便于系統(tǒng)更好地跟蹤哪些程序正在使用該文件，并且有助于實(shí)現(xiàn)諸如引用計(jì)數(shù)這樣的機(jī)制，從而有效地管理文件相關(guān)的系統(tǒng)資源。

總之，雖然這兩個(gè)文件描述符對(duì)應(yīng)于同一物理文件，但是它們各自保持了自己的狀態(tài)信息，這使得在同一時(shí)間內(nèi)能夠執(zhí)行更加復(fù)雜的并發(fā)操作，同時(shí)也增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和安全性。

父進(jìn)程得到兩個(gè)文件描述符對(duì)象之后，我們創(chuàng)建子進(jìn)程，子進(jìn)程繼承父進(jìn)程的文件描述符表，父子進(jìn)程指向同一個(gè)文件和緩沖區(qū)！這也就實(shí)現(xiàn)了父子進(jìn)程看到同一份資源，就可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信！

管道

從前言中就可以看出，管道的本質(zhì)是文件！

在 Linux 中，管道（pipe）是一種進(jìn)程間通信（IPC, Inter-Process Communication）的機(jī)制，它允許一個(gè)進(jìn)程的輸出直接作為另一個(gè)進(jìn)程的輸入。

管道可以看作是連接兩個(gè)或多個(gè)命令的數(shù)據(jù)流通道，它使得數(shù)據(jù)可以在不同的程序之間流動(dòng)而不需要通過(guò)臨時(shí)文件。

標(biāo)準(zhǔn)的管道是單向的，即數(shù)據(jù)只能從寫端流向讀端。

匿名管道：?

在前言中，父進(jìn)程和子進(jìn)程的文件的讀端和寫端都是打開(kāi)的，為了符合管道是單向的，我們可以選擇讓 父進(jìn)程作為寫端，子進(jìn)程作為讀端 或者 父進(jìn)程作為讀端、子進(jìn)程作為寫端！

如下圖，我們讓父進(jìn)程作為寫端，子進(jìn)程作為讀端：

代碼預(yù)準(zhǔn)備：

如何創(chuàng)建管道 -- pipe 函數(shù)

#include <unistd.h>int pipe(int pipefd[2]);

該函數(shù)用于創(chuàng)建一個(gè)匿名管道。

參數(shù)：

pipefd：這是一個(gè)指向兩個(gè)整數(shù)的指針。pipe()?成功后，這兩個(gè)整數(shù)會(huì)被設(shè)置為新創(chuàng)建的管道的讀端和寫端的文件描述符。讀端通常為 fd[0]，寫端通常為 fd[1]。

返回值：

• 它在成功時(shí)返回 0，并且通過(guò)其參數(shù)（一個(gè)包含兩個(gè)整數(shù)的數(shù)組）來(lái)傳遞兩個(gè)文件描述符；
• 如果調(diào)用失敗，pipe() 會(huì)返回-1，并設(shè)置全局變量 errno 來(lái)指示具體的錯(cuò)誤原因。

wait 函數(shù)

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>pid_t wait(int *status);

wait() 函數(shù)是 Unix 和 Linux 系統(tǒng)中用于進(jìn)程控制的一個(gè)重要函數(shù)。它允許一個(gè)進(jìn)程（通常是父進(jìn)程）等待其子進(jìn)程結(jié)束，并獲取子進(jìn)程的退出狀態(tài)。wait() 函數(shù)會(huì)阻塞調(diào)用者，直到至少有一個(gè)子進(jìn)程終止或接收到一個(gè)信號(hào)。

參數(shù)：

status：這是一個(gè)指向整數(shù)的指針，用來(lái)存儲(chǔ)子進(jìn)程的退出狀態(tài)信息。如果不需要這個(gè)信息，可以傳遞?NULL。

返回值:

• 如果有子進(jìn)程成功終止，則返回該子進(jìn)程的 PID；
• 如果沒(méi)有子進(jìn)程或者所有子進(jìn)程都還在運(yùn)行，wait()?將一直阻塞，直到至少有一個(gè)子進(jìn)程終止。
• 如果發(fā)生錯(cuò)誤（如被信號(hào)中斷），則返回-1，并設(shè)置?errno。

驗(yàn)證管道的運(yùn)行：

源文件 test.c ：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>void writer(int wfd)
{const char *str="hello father,I am child";char buffer[128];int cnt=0;pid_t pid=getpid();//獲得進(jìn)程pidwhile(1){//向緩沖區(qū)里寫入內(nèi)容snprintf(buffer,sizeof(buffer),"message:%s,pid:%d,count:%d\n",str,pid,cnt);//把緩沖區(qū)里的內(nèi)容寫入到管道write(wfd,buffer,sizeof(buffer));cnt++;sleep(1);}
}void reader(int rfd)
{char buffer[128];while(1){//讀取管道里的內(nèi)容ssize_t n=read(rfd,buffer,sizeof(buffer)-1);printf("father get a message: %s",buffer);}
}int main()
{int pipefd[2];int n=pipe(pipefd);if(n<0){return 1;}printf("%d %d\n",pipefd[0],pipefd[1]);pid_t id=fork();if(id==0){//子進(jìn)程創(chuàng)建成功//關(guān)閉讀端close(pipefd[0]);writer(pipefd[1]);//寫exit(0);}//父進(jìn)程關(guān)閉寫端close(pipefd[1]);reader(pipefd[0]);//讀wait(NULL);return 0;
}

makefile 文件：

testpipe:test.cgcc -o $@ $^.PHONY:clean
clean:rm -f testpipe

?運(yùn)行結(jié)果：

從下面的運(yùn)行結(jié)果可以看出，父進(jìn)程接收到了子進(jìn)程寫的數(shù)據(jù)：