一、進(jìn)程間通信目的

?進(jìn)程間通信的本質(zhì)是不同進(jìn)程看到同一份資源。該資源一般由操作系統(tǒng)提供！！（比如緩沖區(qū)）
?進(jìn)程間通信目的主要有：

1. 數(shù)據(jù)傳輸：一個(gè)進(jìn)程需要將它的數(shù)據(jù)發(fā)送給另一個(gè)進(jìn)程。
2. 資源共享：多個(gè)進(jìn)程之間共享同樣的資源。
3. 通知事件：一個(gè)進(jìn)程需要向另一個(gè)或一組進(jìn)程發(fā)送消息，通知它（它們）發(fā)生了某種事件（如進(jìn)程終止時(shí)要通知父進(jìn)程）。
4. 進(jìn)程控制：有些進(jìn)程希望完全控制另一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行（如Debug進(jìn)程），此時(shí)控制進(jìn)程希望能夠攔截另一個(gè)進(jìn)程的所有陷入和異常，并能夠及時(shí)知道它的狀態(tài)改變。

二、什么是管道

?管道最早是UNIX中的一種進(jìn)程通信方式。我們把一個(gè)進(jìn)程到另一個(gè)進(jìn)程的一個(gè)數(shù)據(jù)流稱為管道！！管道文件時(shí)一個(gè)純內(nèi)存級(jí)文件，不需要想磁盤刷新。

三、匿名管道創(chuàng)建

3.1 系統(tǒng)調(diào)用原型

?系統(tǒng)中提供了系統(tǒng)調(diào)用接口pipe()用于創(chuàng)建匿名管道。

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

• pipefd為輸出型參數(shù)，pipefd[1]為寫端，pipefd[0]為讀端！！
• 創(chuàng)建成功返回0，否則返回-1.

此時(shí)創(chuàng)建結(jié)果如下：

3.2 匿名管道創(chuàng)建

四、內(nèi)核創(chuàng)建匿名管道過程

?在一個(gè)進(jìn)程中，我們分別通過r和w兩種方式打開同一個(gè)文件，此時(shí)進(jìn)程文件描述符表中存在兩個(gè)文件描述符fd，指向兩個(gè)文件結(jié)構(gòu)體對(duì)象file。但兩個(gè)結(jié)構(gòu)體對(duì)象指向同一個(gè)文件（即相同的inode、同一個(gè)方法集、同一塊緩沖區(qū)）！！

?此時(shí)我們通過fork()創(chuàng)建出子進(jìn)程，子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的file結(jié)構(gòu)體對(duì)象！（新創(chuàng)建的文件屬于文件管理，不屬于進(jìn)程管理，所以不需要給子進(jìn)程也拷貝一份！）

?此時(shí)我們將父進(jìn)程的寫段關(guān)閉，子進(jìn)程的讀端關(guān)閉（即子寫父讀）。此時(shí)我們就形成了一個(gè)匿名管道（父子兩個(gè)進(jìn)程都看到同一份資源：文件緩沖區(qū)；數(shù)據(jù)從子進(jìn)程寫入到文件中，父進(jìn)程從文件中讀取數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)流）

1. 上述這種文件和普通文件不同，不會(huì)向磁盤刷新數(shù)據(jù)。并且文件的緩沖區(qū)是父進(jìn)程和子進(jìn)程所能看到的同一份資源，而向這種文件我們稱之為管道。該管道沒有名字，所以被稱為匿名管道！！

五、匿名管道性質(zhì)

5.1 匿名管道的4種特殊情況

1. 正常情況下，如果管道數(shù)據(jù)為空，此時(shí)讀端必讀等待，直到有數(shù)據(jù)為止（寫段向管道中寫入數(shù)據(jù)）
2. 正常情況下，如果管道數(shù)據(jù)寫滿，此時(shí)寫端會(huì)停止寫入，直到有空間為止！！
3. 如果寫端關(guān)閉，讀端一直讀取，讀端讀取到的read返回值為0
4. 如果讀端關(guān)閉，寫端一直寫入，此時(shí)操作系統(tǒng)會(huì)通過向?qū)懚税l(fā)送13號(hào)信號(hào)，直接殺掉寫端進(jìn)程。

5.2 匿名管道的5種特性

1. 匿名管道僅用于具有血緣關(guān)系的進(jìn)程間進(jìn)行相互通信，常用于父子進(jìn)程間。
2. 匿名管道默認(rèn)會(huì)給讀寫端提供同步機(jī)制。即管道為空，讀端等待寫端寫入；管道滿了，寫端等待讀端讀取。
3. 匿名管道面向字節(jié)流，即通過read讀取指定大小數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)過小不會(huì)讀取
4. 管道的生命周期隨進(jìn)程。當(dāng)進(jìn)程全部退出時(shí)，此時(shí)管道的引用計(jì)數(shù)減為0，操作系統(tǒng)會(huì)將管道文件釋放。
5. 匿名管道具有單向通信特點(diǎn)，是半雙工通信的一種特殊情況，數(shù)據(jù)只能向一個(gè)方向流動(dòng)。
6. 匿名管道具有原子性。當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)量不大于PIPE_BUF時(shí)，linux將保證寫入的原子性。即當(dāng)管道中的數(shù)據(jù)量小于PIPE_BUF和指定大小時(shí)，此時(shí)讀端會(huì)等待子進(jìn)程寫入。當(dāng)要寫入的數(shù)據(jù)量大于PIPE_BUF時(shí)，linux將不再保證寫入的原子性。

5.3 測試源代碼

#include <iostream>
#include <cassert>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>using namespace std;#define MAX 1024int main()
{//1. 創(chuàng)建管道int pipefd[2];int n = pipe(pipefd);assert(n == 0);(void)n;// 2. 創(chuàng)建子進(jìn)程pid_t id = fork();if(id < 0){perror("fork");return 1;}//3. 關(guān)閉不需要的fd, 形成匿名管道int cnt = 5;if(id == 0)//child{close(pipefd[0]);//子進(jìn)程關(guān)閉讀端while(true){char message[MAX];// snprintf把原本打印到顯示器的信息打印到指定文件中snprintf(message, sizeof(message), "I am child, pid: %d, cnt: %d", getpid(), cnt--);write(pipefd[1], message, strlen(message));//sleep(1);if(cnt == 0) break;cout << "write----" << endl;}cout << "child quit" << endl;exit(0);}//parentclose(pipefd[1]);//父進(jìn)程關(guān)閉寫端while(true){// sleep(1);char buffer[MAX];// read 把pipefd[0]對(duì)于文件中最大517個(gè)字節(jié)寫入buffer緩沖區(qū)中ssize_t n = read(pipefd[0], buffer, 517);if(n == 0){cout << "child quit, me too" << endl;break;}else if(n > 0){buffer[MAX - 1] = 0;cout << "chils say:" << buffer << endl;}break;}cout << "parent quit" << endl;close(pipefd[0]);//回收子進(jìn)程int status;pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);if(rid == id){cout << "wait child: " << id << "success" << "exit singal" << (status&0x7f) << endl;}return 0;
}

六、命名管道

?匿名管道中能在具有血緣關(guān)系的進(jìn)程間，進(jìn)行相互通信。那兩個(gè)毫無關(guān)系的獨(dú)立進(jìn)程該如何通信了？
?在不相關(guān)的進(jìn)程之間交換數(shù)據(jù)，可以使用FIFO文件來做這項(xiàng)工作的管道稱為命名管道。命名管道是一種特殊類型的文件。

6.1 創(chuàng)建命名管道

1. 命名行創(chuàng)建

?我們可以在命令行上創(chuàng)建命名管道，創(chuàng)建方式如下：

mkfifo xxx

【實(shí)例】：

6.2 代碼中創(chuàng)建

?我們也可以在代碼中使用系統(tǒng)調(diào)用接口創(chuàng)建，函數(shù)原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);// mode為帶創(chuàng)建管道權(quán)限

七、命名管道性質(zhì)

7.1 匿名管道與命名管道的區(qū)別

• 匿名管道由pipe函數(shù)創(chuàng)建并打開；命名管道由mkfifo函數(shù)創(chuàng)建，打開用open。
• FIFO（命名管道）與pipe（匿名管道）之間唯一的區(qū)別在它們創(chuàng)建與打開的方式不同，一但這些工作完
  成之后，它們具有相同的語義

7.2 命名管道的打開規(guī)則

如果當(dāng)前打開操作是為讀而打開FIFO時(shí)：

• O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相應(yīng)進(jìn)程為寫而打開該FIFO。
• O_NONBLOCK enable：立刻返回成功

如果當(dāng)前打開操作是為寫而打開FIFO時(shí)：

1. O_NONBLOCK disable：阻塞直到有相應(yīng)進(jìn)程為讀而打開該FIFO。
2. O_NONBLOCK enable：立刻返回失敗，錯(cuò)誤碼為ENXIO。

八、進(jìn)程池制作（基于匿名管道和命名管道兩個(gè)版本）

Linux：進(jìn)程池制作（基于匿名管道和命名管道兩個(gè)版本）