进程间通信_1_管道
首先对进程间通信做一个基本介绍，进程有独立性，独享各种资源，运行期间互不干扰，每个进程的数据都保存在自己的PCB中，但是问题就来了，进程需要相互之间共享传递数据时，例如父子进程，父进程需要子进程的一个处理数据，这个时候就需要进程间的通信。进程通信指的就是在进程间传输数据，实质上就是进行通信的进程（可以是两个进程互相通信，也可以是多个）可以打开同一份资源。
提到进程间通信还有几个基本的概念要说：
1. 临界资源：进程间进行通信时，会共同访问一份资源，这份称为临界资源
2. 临界区：访问临界区的代码
3. 数据不一致：两个（或多个）进程访问临界资源时可能发生读写内容不一致
4. 原子性：在访问临界资源时，将正在做的事情做完不受打扰（避免数据不一致）
5. 互斥：临界区访问临界资源时，当前临界资源仅只有当前访问者
6. 同步：访问临界资源时，维持合理的顺序
进程间通信的目的有：
- 数据传输：进程需要将数据发送给其他的进程
- 资源共享：多个进程之间共享同样的资源
- 通知事件：一个进程向其他进程（一个或多个）发送消息，通知某件事情的发生。
- 进程控制：一个进程控制另一个进程的执行过程，知道被控制进程的运行状态，大多希望能阻拦被控制进程异常
进程间通信的基本分类：
- 管道 ：匿名管道pipe、命名管道
- System V 进程间通信：System V 消息队列 、System V 共享内存、 System V 信号量
- POSIX 进程间通信：消息队列、共享内存、信号量、互斥量、条件变量、读写锁
这里先说一下管道的基本概念
把一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为“管道“（数据传输过程在内核中完成）。管道是由内核管理的一个缓冲区，它的一端连接一个进程的输出，另一端连接一个进程的输入，一个管道只能在两个进程之间单向传输数据，若需要双向传输，还需要另一个人管道。大致如下图：
一、匿名管道（pipe）
1. 管道的创建
// 头文件
#include<unstid.h>
// 原型
int pipe(int fd[2]);
// 参数：fd 文件描述符数组，fd[0]表示读端，fd[1]表示写端
// 返回值： 成功返回 0 ，失败返回错误码
（1）例1：从标准输入（键盘）读取数据，写入管道，从管道中读取数据输出到标准输出（显示器）
// pipe.c
1 #include<stdio.h>
2 #include<unistd.h>
3 #include<string.h>
4 #include<stdlib.h>
5
6 int main()
7 {
8 int fd[2];
9 char buf[64];
10 int len;
11
12 if( pipe(fd) == -1){ // 创建管道
13 perror("make pipe error.\n");
14 }
15
16 // 从标准输入读取
17 while( fgets( buf, 64, stdin)){
18 len = strlen(buf);
19
20 // 写入管道
21 if(write( fd[1], buf, len) != len){
22 perror("write to pipe error.\n");
23 break;
24 }
25
26 memset( buf, 0x00, sizeof(buf));
27
28 // 从管道读取
29 if( ( len = read( fd[0], buf, 64)) == -1){
30 perror("read from pipe error.\n");
31 break;
32 }
33
34 // 往标准输出写
35 if( write( 1, buf, len) != len){
36 perror("read error.\n");
37 break;
38 }
39 }
40 return 0;
41 }
（2）例2：使用 fork 创建子进程，父子进程通过管道传输数据。父进程先创建管道，再创建子进程，子进程写时拷贝父进程的数据，所以就会看到同一个管道文件，父进程关闭读端，子进程关闭写端，这样就可以进行管道传输。大致如下图：
父进程创建管道
父进程创建子进程
父进程关闭读端，子进程关闭写端
// fork_pipe.c
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <string.h>
5
6 int main()
7 {
8 int pipe_fd[2];
9 if(pipe(pipe_fd) == -1){
10 // 创建管道失败
11 perror("make pipe error.\n");
12 }
13
14 pid_t pid;
15 pid = fork();
16 if(pid == -1){
17 // 创建子进程错误
18 perror("make fork error.\n");
19 }
20 if(pid == 0){
21 // 子进程，关掉读端,写入hello, world!之后关闭写端，退出
22 close(pipe_fd[0]);
23 write(pipe_fd[1], "hello, world!",13);
24 close(pipe_fd[1]);
25 exit(1);
26 }
27
28 //父进程关闭写端，将管道内容读取到缓冲区
29 close(pipe_fd[1]);
30 char buf[16] = {0};
31 read(pipe_fd[0], buf, 13);
32
33 // 打印缓冲区内容
34 printf("%s\n",buf);
35
36 return 0;
37 }
2. 管道的特点
- 单向传输数据
- 适用于有亲属关系的进程（父子进程、兄弟进程，要有共同的祖先）
- 自带同步互斥机制
- 管道生命周期随进程，进程结束，管道消失
-
管道提供面向字节流的服务
3. 管道的读写规则
（1）在读写操作进行时，linux会保证操作的原子性。
（2）当管道内没有数据可读，读端阻塞式等待数据
（3）当管道内已经写满时，写端阻塞等待，直到有进程读走数据，当写入数据量大于 PIPE_BUF 时，linux不在保证写入的原子性
（4）写端写一段时间后关闭，读端一直读完数据后关闭管道
（5）写端一直写，读端读一段时间后关闭，写端会被操作系统处理（发送13号信号）异常退出