Linux进程间通信1

news2025/10/31 13:00:46

文章目录

  • 前言
  • 管道
  • 命名管道 / FIFO
  • 消息队列

前言

进程之间可能会存在特定的协同工作的场景，而协同就必须要进行进程间通信，协同工作可能有以下场景。

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:多个进程之间共享同样的资源。
通知事件:一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它发生了某种事件。
·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
所有陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变

那如何实现进程间通信呢？
由于一个进程是不能访问到另一个进程的资源的，即进程之前是具有独立性的。

那么进程之间要通信，就不能使用属于进程的资源，而应该使用一份公共的资源。

所以进程间通信的本质是：由OS参与，提供一份所以进程都能访问的公共资源。

而公共资源是什么，例如：文件、队列、内存块。

管道

管道，又称为“匿名管道”，是UNIX系统IPC（进程间通信）最古老的形式。
特点：
1.它是半双工的（即同一时间数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
2.它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（父子进程或者兄弟进程）。
3.它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不 是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。
在这里插入图片描述
管道，管道这个名字就好比如这个东西就是一个水管，水管有两个头，决定了一边进，那么也就决定了另外一边出，就比如一个父进程从管道的一端写入，子进程从另外一端读出。这就是一个简单的运用了。父子都是从同一个端口写，都是从同一个端口读，所以运用过程中，我们规划好了谁写谁读后，就需要关闭另外一个，就比如决定了父进程写，就要关闭父进程的读端口。
制造管道函数原型：
在这里插入图片描述
参数：参数为一个数组大小可以储存2个int的指针
返回值：创建成功返回0，失败返回-1
使用须知：pipefd[0]是为读打开的，pipefd[1]是为写打开的。

使用函数小demo：

#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
   int fd[2];
   int pid;
   char buf[128];//存放数据

   if(pipe(fd) == -1)//假如创建失败
   {
      printf("creat pipe error\n");
   }

   pid = fork();//创建子进程
   
   if(pid > 0)//父进程
   {
      close(fd[0]);//关闭读端
      write(fd[1],"hello from father\n",strlen("hello from father\n"));
   }
   else//子进程
   {
      close(fd[1]);//关闭写端
      read(fd[0],buf,128);
      printf("read from father: %s\n",buf);
   }

   return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述
管道读写的特性：
由于fork后我们不知道是子进程先执行还是父进程先执行，如果是子进程先运行，执行到read的时候，由于管道没有数据，所以子进程会阻塞，直到管道中有数据了才会读取。

命名管道 / FIFO

FIFO，也称为命名管道，FIFO文件。
特点：
1.FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。
2.FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

一旦创建了一个FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。它和无名管道十分类似，只不过它是文件，往文件里写就像往管道里写一样。
函数原型：

#include <sys/stat.h>
 
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

参数：
用mkfifo函数就能创建一个FIFO文件（有名管道），mode参数与open函数中的mode相同。mode记录待创建文件的访问权限，0600表示可读可写的文件。

当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志(O_NONBLOCK)的区别:
·若没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。
·若指定了O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回，而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO。
一般都不设置O_NONBLOCK，因为都希望写入数据后再读，不然意义不大。
返回值：创建成功返回0，失败返回-1

运用函数小demo：
read.c:

#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>


int main()
{
   char buf[128] = {0}; 
   if((mkfifo("./pipe",0600) == -1) && errno != EEXIST)//创建失败或者已经存在
   {
      printf("mkfifo failed\n");
      perror("why");//打印失败原因
   }
   
   int fd = open("./pipe",O_RDONLY);//以只读方式打开FIFO，这里如果管道没有信息会阻塞到有信息

   read(fd,buf,20);//读取
   printf("read buf: %s\n",buf);

   close(fd);//关闭FIFO


   return 0;
}

write:

#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>


int main()
{
   char *str = "hello\n";
   int fd = open("./pipe",O_WRONLY);//以只写方式打开FIFO

   write(fd,str,strlen(str));//写入数据

   close(fd);//关闭FIFO


   return 0;
}

运行结果：
这里先运行read.c看是否他会阻塞到有数据写入
在这里插入图片描述
看到程序一直卡在一个地方，然后在运行write.c
在这里插入图片描述
现象已经表明，read函数会一直阻塞到有数据写入。

消息队列

消息队列，是消息的链表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。

特点：
1.消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
2.消息队列独立于发送和接受进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
3.消息队列可以实现消息的随机查询，消息不一定要以先进先出的次序读取，也可以按消息的类型读取。

函数原型：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
 
int msgget(key_t key, int msgflq);

参数：
Key:大于0的32位整数，就是每个消息的“名字”，也可以理解为“密码”。
msgglq: msgflq为参数为模式标志参数，使用时需要与IPC对象存取权限（如0600）进行|运算来确定消息队列的存取权限，一般传入IPC_CREAT，表示：如果内核中不存在键值与key相等的消息队列，则新建一个消息队列；如果存在这样的消息队列，返回此消息队列的标识符（后续代码示例传入IPC_CREAT|0777，表示创建可读可写可执行的消息队列）

返回值：成功返回消息队列的标识符，出错-1，原因储存在error中

其次要介绍信息接收以及发送函数：
首先要认识一个结构体的组成：

#include <stdio.h>
 
struct msgbuf{
    long mtype;//信息的“名字”，必须大于0
    char mtext[自定义大小];//信息包含的数据
};

接收函数：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
 
ssize_t msgrcv(int msgid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

发送函数：

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
 
int msgsnd(int msgid, const void *msgp, ssize_t msgsz, int msgflq);

参数：（两个函数的参数差不多都是一样的）

区别就是发送函数少了一个msgtyp

msgid：消息队列的标识符
*msgp：传入msgbuf结构体类型的地址
msgsz：收取消息用sizeof计算缓存区的大小
msgtyp：消息的“名字”，发送消息时定义
msgflq：通常为0，即阻塞的方式

运用函数小demo：
send:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
 
struct msgbuf{
	long mtype;
	char mtext[128];
};
 
int main()
{
	struct msgbuf sendbuf={888,"message from quen\n"};//消息的“名字”为888
 
	int msgid=msgget(0x1234,IPC_CREAT|0777);//获取消息的标识符，消息队列的“名字”为0x1234
 
	msgsnd(msgid,&sendbuf,strlen(sendbuf.mtext),888，0);//计算要发送的数据的大小，所以传入数组名即可
	return 0;
}

read:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
 
struct msgbuf{
	long mtype;
	char mtext[128];
};
 
int main()
{
	struct msgbuf readbuf;//存储接受到的消息
 
	int msgid=msgget(0x1234,IPC_CREAT|0777);//获取消息队列的标识符，队列“名字”同样为0x1234
 
	msgrcv(msgid,&readbuf,sizeof(readbuf.mtext),0);//计算接受到的数据用sizeof
	printf("read from que: %s\n",readbuf.mtext);
 
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

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