Linux下C语言进程间无名管道通信

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背景

操作系统课程习作。

环境

Ubuntu16.04 LTS
gcc version 5.4.0

关于进程通信

通信方式

Linux下进程间通信方式有以下几种:

  • 无名管道(pipe)和有名管道(FIFO)
  • 消息队列
  • 共享内存
  • 信号量
  • 信号(signal)
  • 套接字(socket)

通信用途

进程通信的用途有以下几类:

  • 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。
  • 共享数据：多个进程想要操作共享数据，一个进程对共享数据的修改，别的进程应该立刻看到。
  • 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（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
  • 资源共享的同步：多个进程之间共享同样的资源。为了做到这一点，需要内核提供锁和同步机制。
  • 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改变状态。

从前没有进程间通信的概念，用了一下午加一晚上的时间才弄懂了无名管道方式，在此记录下来，相关知识点在下方代码中做了详细的注释。

实现代码

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#include<unistd.h>  // 引入fork()/write()/read()
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>  // 以上两个引入wait()
#include<stdio.h>  
#include<stdlib.h>  // 引入exit()

#define BUFFER_SIZE 50  //定义缓冲区的大小

int main()
{
  int fd[2];  // 管道传输数据所用载体,fd[0]用于读管道，fd[1]用于写管道
  char buf[BUFFER_SIZE];  // 存储传输的数据
  char s[BUFFER_SIZE];  // 接收传输的数据
  pid_t fork_id;  // 存储fork()的返回值
  if(pipe(fd) != 0){  // 创建半双工管道
    perror("pipe");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
  fork_id = fork();  //创建子进程，在子进程中返回值fork_id的值为0，在父进程中，其值为子进程的ID号
  if(fork_id == 0){  // 子进程执行的程序块
    printf("Locate at child process:\nsleep 2s\n");
    sleep(2);
    sprintf(buf, "Process communication --OS homework");
    close(fd[0]);  // 在子进程中先关闭读管道
    write(fd[1], buf, BUFFER_SIZE);  // 将数据写入管道
    close(fd[1]);  // 写入完毕，关闭写管道
    exit(EXIT_SUCCESS);  // 退出子进程，EXIR_SUCCESS是宏常量0，exit(0)表示程序正常退出
  }else{  // 父进程执行的程序块
    wait(0);  // 等待子进程正常退出，即保证子进程的数据已都写到管道内
    // printf("%s\n", buf);  // 用来证明此处buf与子进程中buf相互独立，没有关联
    printf("Locate at parent process:\n");
    close(fd[1]);  // 在父进程中先关闭写管道
    read(fd[0], s, BUFFER_SIZE);  // 读管道内容,s可替换为buf
    close(fd[0]);  // 读取完毕，关闭读管道
    printf("%s\n", s);  // 打印从管道中读到的数据
  }
  return 0;
}

注意点

  • 要先创立管道，再复制进程，即先执行pipe()，再执行fork()。次序颠倒则会在父子进程中创建出互无关联的两个管道。
  • fork()函数所创建的两个进程分占两个内存区，上例中出管道外的变量在父子进程中是互无关联。所以可以将子进程中的字符串读入buf，再将管道中的数据读到父进程的buf中输出。在此之前，父进程的buf是空的。
  • 如上一条所述，父子进程的变量互无关联，但是父子进程的管道为什么还是通用的呢？原因是子进程复制的fd[0]和fd[1]是操纵管道的句柄。在终端输入命令man fork，可以看到与本例类似的示例程序，在示例程序的上方，解释了这个问题。

运行结果

运行结果

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