進程間通信介紹：

進程間通信的概念：

進程間通信簡稱IPC（Interprocess communication），進程間通信就是在不同進程之間傳播或交換信息。

進程間通信的目的：

數據傳輸： 一個進程需要將它的數據發送給另一個進程。
資源共享： 多個進程之間共享同樣的資源。
通知事件： 一個進程需要向另一個或一組進程發送消息，通知它（它們）發生了某種事件，比如進程終止時需要通知其父進程。
進程控制： 有些進程希望完全控制另一個進程的執行（如Debug進程），此時控制進程希望能夠攔截另一個進程的所有陷入和異常，并能夠及時知道它的狀態改變。

進程間通信的本質：

進程間通信的本質就是讓不同的進程看到同一份資源。

進程間通信的發展：

管道
System V進程間通信
POSIX進程間通信

進程間通信的分類：?

管道

• 匿名管道
• 命名管道

System V IPC

• System V 消息隊列
• System V 共享內存
• System V 信號量

POSIX IPC

• 消息隊列
• 共享內存
• 信號量
• 互斥量
• 條件變量
• 讀寫鎖

管道：

認識管道：

由于進程間具有獨立性，想要實現進程間通信非常困難，想要實現進程間通信就必須借助第三方資源，讓兩個需要通信的進程都可訪問這個第三方資源，早期管道就是這樣的第三方資源來實現進程間通信。

管道是Unix中最古老的進程間通信的形式。
我們把從一個進程連接到另一個進程的一個數據流稱為一個“管道“

演示：

先來介紹兩個命令：

1.who

who指令可以用來顯示當前云服務器登錄的用戶數，一行顯示一個用戶。

如圖所示現在有2個用戶。?

?2.wc

wc指令可以查指定文件的計算文件的Byte數、字數、或是列數，若不指定文件名稱、或是所給予的文件名為"-"，則wc指令會從標準輸入設備讀取數據

wc加上-l指令，計算指定文件的行數。

將上述兩個命令通過管道連接，就可以更準確地查出當前云服務器的登錄用戶：

who進程將數據寫入管道，wc從管道中讀取到數據，-l指令計算數據的行數，從而得出當前云服務器的登錄數。?

匿名管道：

匿名管道性質：?

匿名管道僅支持父子間進程通信。

當我們創建一個進程，在linux系統中它被如下圖進行管理：

我們再通過這個進程創建一個子進程，子進程繼承父進程的代碼和數據：

?沒錯，此時我們的父子進程能看到同一份資源，我們可以模擬一下通信，父進程往緩沖區寫入，子進程往緩沖區讀取，早期的工程師發現了這種現象，并且認為這是一種很好的進程間通信的方法，就在這種方法的基礎上進行了一下改動，創造了管道。

注意：

我們在進程間通信時，是沒必要對磁盤中的文件進行操作的，所以我們的管道沒必要與磁盤中的文件產生關聯。

文件級緩沖區是由操作系統來維護的，所以當父進程對其寫入時，是不會發生寫時拷貝的。

pipe函數：

int pipe(int pipefd[2]);

?pipe函數的參數是一個輸出型參數，數組pipefd中的兩個元素分別用來返回管道讀端和寫端的文件描述符：

數組元素	含義
pipefd[0]	管道讀端文件描述符
pipefd[1]	管道寫端文件描述符

?匿名管道的使用：

注意下圖中的fd均指pipefd。

1.父進程用pipe函數創建管道。

2.父進程通過fork函數創建子進程。

3.假設我們讓子進程寫，父進程讀，所以我們要關閉不用的文件描述符，父進程關閉寫端，子進程關閉讀端。

?我們再站在文件描述符的角度深入理解：

匿名管道測試：?

現在用下述代碼測試匿名管道，父進程進行一直讀取，子進程進行一直寫入：

#include <iostream>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>const int size = 1024;//子進程進行寫入
void SubProcessWrite(int wrd)
{std::string message = "father,i am your childen process! ";while(true){sleep(1);std::cout<<"childen begin write........."<<std::endl;static int cent = 0;pid_t id = getpid();//拼接消息std::string info = message;info += "my pid is ";info += std::to_string(id);info += ", cent: ";info += std::to_string(cent);//寫入write(wrd,info.c_str(),info.size());cent++;}
}
//父進程進行讀取
void FatherProcessReader(int rfd)
{char inbuffer[size];while(true){std::cout<<"father begin read,message:"<<std::endl;ssize_t n = read(rfd,inbuffer,sizeof(inbuffer) - 1);//讀取消息if(n > 0){inbuffer[n] = 0;//語言限制，在字符串最后加\0std::cout<<inbuffer<<std::endl;//打印消息}}
}
int main()
{int pipefd[2];int n = pipe(pipefd);//管道創建成功，返回0if(n != 0)//管道創建失敗{std::cerr<<"errno "<<errno<<"cerrstring: "<<strerror(errno)<<std::endl;}std::cout<<"讀端->pipefd[0]"<<pipefd[0]<<"寫端->pipefd[1]"<<pipefd[1]<<std::endl;sleep(1);pid_t id = fork();//創建子進程if(id == 0){//子進程進行寫入std::cout<<"子進程關閉不需要的fd了,準備寫消息了"<<std::endl;close(pipefd[0]);//關閉讀端SubProcessWrite(pipefd[1]);//子進程寫close(pipefd[1]);//任務完成關閉寫端exit(0);}//父進程std::cout<<"父進程關閉不需要的fd了,準備讀消息了"<<std::endl;close(pipefd[1]);//關閉寫端FatherProcessReader(pipefd[0]);//父進程讀close(pipefd[0]);//任務完成關閉讀端pid_t rid = waitpid(id,NULL,0);//父進程等待子進程，并回收return 0;
}

來看看運行結果：

?管道的4種情況：

1.寫端進程不寫，讀端進程一直讀，那么此時會因為管道里面沒有數據可讀，對應的讀端進程會被掛起，直到管道里面有數據后，讀端進程才會被喚醒。

2.讀端進程不讀，寫端進程一直寫，那么當管道被寫滿后，對應的寫端進程會被掛起，直到管道當中的數據被讀端進程讀取后，寫端進程才會被喚醒。

3.寫端進程將數據寫完后將寫端關閉，那么讀端進程將管道當中的數據讀完后，就會繼續執行該進程之后的代碼邏輯，而不會被掛起。

4.讀端進程將讀端關閉，而寫端進程還在一直向管道寫入數據，那么操作系統會將寫端進程殺掉。

管道的大小：

管道是有容量的，當管道被寫滿了，寫端將會阻塞或者失敗，查詢管道大小的方法有如下：

ulimit -a指令，查看當前資源限制。

從上圖可以算出管道的大小為512*8 = 4096字節。?

命名管道：

剛才介紹的匿名管道，只可用于父子進程間通信，如果兩個毫不相干的進程要實現通信該怎么辦呢？接下來就需要介紹一下命名管道了。

mkfifo函數：

mkfifo函數用于創建一個命名管道。

mkfifo的第一個參數表示要創建的命令管道文件，如果不帶路徑默認再當前文件夾下。

mkfifo的第二個參數表示管道的文件權限。

例如文件權限設置為0666，則理論創建的管道權限為

?但實際文件權限還會受文件默認掩碼umask影響，默認的umask是0002，我們實際的文件權限會先0666&（~umask），所以實際管道權限為0664：

mkfifo的返回值：?

管道創建成功返回0。

創建管道失敗返回-1，錯誤碼被設置。?

用命名管道實現serve&client通信

serve管理管道負責創建，銷毀和讀取消息，client負責往管道中寫入消息：

serve.cc：

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <cerrno>
#include <cstring>const std::string comm_name = "./myfifo";int main()
{//服務端創建命名管道int res = mkfifo(comm_name.c_str(),0666);if(res != 0)//創建失敗{perror("mkfifo");}//serve端打開管道int fd = open(comm_name.c_str(),O_RDONLY);if(fd < 0){std::cout<<"open file"<<errno<<std::endl;}//serve接受消息并打印char buffer[1024];while(true){std::cout<<"server begin read:"<<std::endl;ssize_t n = read(fd,buffer,sizeof(buffer)-1);if(n > 0)//讀取成功{buffer[n] = 0;std::cout<<buffer<<std::endl;}else if( n == 0){std::cout<<"read done"<<std::endl;break;}else{std::cout<<"read fail"<<errno<<std::endl;break;}}int n = unlink(comm_name.c_str());if(n != 0){perror("unlink");}return 0;
}

client.cc：

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <cerrno>
#include <cstring>const std::string comm_name = "./myfifo";int main()
{//client以寫打開管道int fd = open(comm_name.c_str(),O_WRONLY);if(fd < 0){std::cout<<"open fail"<<errno<<std::endl;}int cent = 100;sleep(5);while(cent--){sleep(1);std::cout<<"client begin write"<<std::endl;//消息拼接std::string message = "i sent a message ,cnet: ";message += std::to_string(cent);//寫入消息ssize_t n = write(fd,message.c_str(),sizeof(message));}return 0;
}

來看看運行結果：