Ipc

IPC 进程间通信

interprocess communication

1. pipe 管道

管道的特质

管道是一种最基本的IPC机制，也称匿名管道，应用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。
调用 pipe 函数即可创建一个管道

• 管道的本质是一块内核缓冲区
• 由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端
• 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出
• 当两个进程都终结的时候，管道也自动消失
• 管道的读端和写端都是默认阻塞的

管道的原理

• 管道的实质是内核缓冲区，内部使用环形队列实现
• 默认缓冲区大小为4K，可以使用 ulimit -a 命令获取大小
• 实际操作过程中缓冲区会根据数据压力做适当调整

管道的局限性

• 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取
• 数据只能在一个方向上流动，若要实现双向流动，必须使用两个管道
• 只能在有血缘关系的进程间使用管道

创建管道

函数作用：创建一个管道
函数原型：

• int pipe(int fd[2]) 函数参数：

• 若函数调用成功，fd[0] 存放管道的读端，fd[1] 存放管道的写端 返回值：

• 成功返回 0
• 失败返回 -1,并设置 errno 值

父子进程间通信

先使用 pipe 创建管道，再进行 fork 操作，根据情况关闭 读端–fd[0] 或写端–fd[1]

设置管道为非阻塞

int flag = fcntl(fd[0], F_GETFL);      //获取当前文件状态标志
flag |= O_NONBLOCK;                    //添加非阻塞标志
fcntl(fd[0], F_SETFL, flag);           //设置新的标志

2. fifo 管道

fifo 介绍

fifo 通常被称为命名管道，以区分管道（pipe）
通过 fifo 不相关的进程也能交换数据

fifo 创建管道

方式 1 - 使用命令 mkfifo

• 命令格式：mkfifo 管道名

  • 例如 mkfifo myfifo

方式 2 - 使用函数

• int mkfifo(const char*pathname, mode_t mode)
• 参数说明和返回值参考 man 3 mkfifo

思路

• 进程A：

  • 创建一个 fifo 文件：mkfifo命令或者使用mkfifo函数
  • open fifo 文件，获得一个文件描述符 fd
  • 写 fifo 文件 — write(fd,”xxx”,…)
  • 关闭 fifo 文件 — close(fd)

• 进程B：

  • 打开 fifo 文件，获得文件描述符 fd
  • 读 fifo 文件 — read(fd, buf, sizeof(buf))
  • 关闭 fifo 文件 — close(fd)

3. 共享映射区

存储映射I/O 使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射，从缓冲区中取数据，就相当于读文件中的相应字节；将数据写入缓冲区，则会将数据写入文件。这样就可以在不使用 read 和 write 函数的情况下，使用地址（指针）完成I/O操作

mmap 函数

函数作用：建立存储映射区

函数原型：

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
参数：

• addr:一般传NULL，表示让内核去指定一个内存起始地址

• length:文件大小

  • lseek 或者 stat 函数

• prot:

  • PROT_READ PROT_WRITE PROT_READ

    PROT_WRITE

• flags:

  • MAP_SHARED:对映射区的修改会反映到文件中（可以对文件进行修改）
  • MAP_PRIVATE:对映射区的修改不会对文件产生影响

• fd:打开的文件描述符

  • fd = open()
• offset:从文件的哪个位置开始映射，一般传0

munmap 函数

函数作用：

• 释放由 mmap 函数建立的存储映射区

函数原型：

• int munmap(void *addr, size_t length)

返回值：

• 成功：返回 0
• 失败：返回-1,设置 errno 值

函数参数：

• addr：调用 mmap 函数成功返回的映射区首地址
• length：映射区大小（mmap函数的第二个参数）

匿名映射

mmap(NULL, 4096 ,PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0)

• MAP_ANONYMOUS 必须与 MAP_SHARED 一起使用，而且 fd 指定为-1