这篇进程间通信,包含的内容比较多,包括最基本的pipe和fifo,XSI(System V)标准和POSIX标准的消息队列、信号量、共享内存,同时也有介绍mmap映射的相关内容,算是一个大总结,参考比较多的资料。
管道
管道是UNIX系统IPC的最古老形式,在shell下的表现形式为管道线。每当在管道线中输入一个由shell执行的命令序列时,shell为每一条命令单独创建一进程,然后将前一条命令进程的标准输出用管道与后一条命令的标准输入相连接。管道有两个主要局限:
1).管道是半双工的,即数据只能在一个方向上流动。
2).管道只能在具有公共祖先的进程之间使用。
管道是由调用pipe函数而创建的.
#include <unistd.h> int pipe(int filedes[2]); //成功返回0,错误返回-1。
经由参数filedes返回两个文件描述符:filedes[0]为读而打开,filedes[1]为写而打开。filedes[1]的输出是filedes[0]的输入。单个进程中的管道几乎没有任何用处。通常,调用pipe的进程接着调用fork,这样就创建了从父进程到子进程或反之的IPC通道。下面显示了这种情况
当管道的一端被关闭后,下列规则起作用:
(1) 当读一个写端已被关闭的管道时,在所有数据都被读取后,read返回0,以指示达到了文件结束处
(2) 如果写一个读端已被关闭的管道,则产生信号SIGPIPE
pipe(建立管道):
1) 头文件 #include<unistd.h>
2) 定义函数: int pipe(int filedes[2]);
3) 函数说明: pipe()会建立管道,并将文件描述词由参数filedes数组返回。
filedes[0]为管道里的读取端
filedes[1]则为管道的写入端。
4) 返回值: 若成功则返回零,否则返回-1,错误原因存于errno中。
错误代码:
EMFILE 进程已用完文件描述词最大量
ENFILE 系统已无文件描述词可用。
EFAULT 参数 filedes 数组地址不合法。
#include <unistd.h> #include <stdio.h> int main(){ int filedes[2]; char buf[80]; pid_t pid; pipe( filedes ); pid=fork(); if (pid > 0) { printf( "This is in the father process,here write a string to the pipe. " ); char s[] = "Hello world , this is write by pipe. "; write( filedes[1], s, sizeof(s) ); close( filedes[0] ); close( filedes[1] ); } else if(pid == 0) { printf( "This is in the child process,here read a string from the pipe. " ); read( filedes[0], buf, sizeof(buf) ); printf( "%s ", buf ); close( filedes[0] ); close( filedes[1] ); } waitpid( pid, NULL, 0 ); return 0; }
使用管道有一些限制:
两个进程通过一个管道只能实现单向通信,比如上面的例子,父进程写子进程读,如果有时候也需要子进程写父进程读,就必须另开一个管道。请读者思考,如果只开一个管道,但是父进程不关闭读端,子进程也不关闭写端,双方都有读端和写端,为什么不能实现双向通信?
管道的读写端通过打开的文件描述符来传递,因此要通信的两个进程必须从它们的公共祖先那里继承管道文件描述符。上面的例子是父进程把文件描述符传给子进程之后父子进程之间通信,也可以父进程fork两次,把文件描述符传给两个子进程,然后两个子进程之间通信,总之需要通过fork传递文件描述符使两个进程都能访问同一管道,它们才能通信。使用管道需要注意以下4种特殊情况(假设都是阻塞I/O操作,没有设置O_NONBLOCK标志):
1.如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了(管道写端的引用计数等于0),而仍然有进程从管道的读端读数据,那么管道中剩余的数据都被读取后,再次read会返回0,就像读到文件末尾一样。
2.如果有指向管道写端的文件描述符没关闭(管道写端的引用计数大于0),而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据,这时有进程从管道读端读数据,那么管道中剩余的数据都被读取后,再次read会阻塞,直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。
3.如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了(管道读端的引用计数等于0),这时有进程向管道的写端write,那么该进程会收到信号SIGPIPE,通常会导致进程异常终止。讲信号时会讲到怎样使SIGPIPE信号不终止进程。
4.如果有指向管道读端的文件描述符没关闭(管道读端的引用计数大于0),而持有管道读端的进程也没有从管道中读数据,这时有进程向管道写端写数据,那么在管道被写满时再次write会阻塞,直到管道中有空位置了才写入数据并返回。
非阻塞管道, fcntl函数设置O_NONBLOCK标志fpathconf(int fd, int name)测试管道缓冲区大小,_PC_PIPE_BUF
FIFO的打开规则:
如果当前打开操作是为读而打开FIFO时,若已经有相应进程为写而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回;否则,可能阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志);或者,成功返回(当前打开操作没有设置阻塞标志)。
如果当前打开操作是为写而打开FIFO时,如果已经有相应进程为读而打开该FIFO,则当前打开操作将成功返回;否则,可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO(当前打开操作设置了阻塞标志);或者,返回ENXIO错误(当前打开操作没有设置阻塞标志)。
总之就是一句话,一旦设置了阻塞标志,调用mkfifo建立好之后,那么管道的两端读写必须分别打开,有任何一方未打开,则在调用open的时候就阻塞。
Read
#include <fcntl.h> #include <limits.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #define FIFO_NAME "./my_fifo" #define BUFFER_SIZE 20 int main() { int pipe_fd; int res; int open_mode = O_RDONLY; char buffer[BUFFER_SIZE + 1]; memset(buffer, '