✨个人主页： 熬夜学编程的小林
?系列专栏： 【C语言详解】 【数据结构详解】【C++详解】【Linux系统编程】
1、进程为什么要通信
2、进程如何通信
3、进程间常见的通信方式
4、管道
4.1、什么是管道
4.2、匿名管道
4.2.1、定义
4.2.2、特点
4.2.3、创建与使用
4.2.4、测试管道接口
事实：进程具有独立性，进程 = 内核数据结构 + 数据和代码，独立即内核数据结构独立 和 数据和代码独立。
进程间通信目的
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（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
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。
进程间通信，成本可能会稍微高一些，因此进程的独立性。
进程间通信的前提：先让不同的进程看到同一份(操作系统)资源("一段内存")。
1、一定是某一个进程先需要通信，然后让OS创建一块共享资源
2、OS必须提供很多的系统调用。
管道(直接复用内核代码通信)
System V IPC
POSIX IPC
管道是Unix中最古老的进程间通信的形式。
我们把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个“管道”。
匿名管道本质上是一个内存级的文件，用于在进程之间（特别是父子进程之间）传输数据。与命名管道（Named Pipe，也称为FIFO）不同，匿名管道没有文件名，且在文件系统中没有对应的节点。它通常仅存在于内存中，随进程的结束而消失。
匿名管道通过调用pipe()系统调用来创建。该函数会返回一个包含两个文件描述符的数组，其中数组的第一个元素是读端文件描述符，第二个元素是写端文件描述符。然后，可以通过fork()系统调用创建子进程，并通过这两个文件描述符在父子进程间进行数据传输。
#include <unistd.h>
功能:创建一无名管道
原型
int pipe(int fd[2]);
参数
fd：文件描述符数组,其中fd[0]表示读端, fd[1]表示写端
返回值:
成功返回0，失败返回错误代码测试创建管道
会用到的头文件和常量
#include <iostream>
#include <cerrno> // <==> errno.h
#include <cstring> // <==> string.h
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <string>
const int size = 1024;主函数
// 测试创建管道
int main()
{
// close(0);// 关闭文件描述符
// 1、创建管道
int pipefd[2];
int n = pipe(pipefd); // 输出型参数 rfd wfd
// 返回0表示成功，不等于0则失败且更新错误码
if(n != 0)
{
std::cerr << "errno: "<< errno << "errstring: " << strerror(errno) << std::endl;
return 1;
}
// pipefd[0] 读(0 -> 嘴巴 -> r) pipefd[1] 写(1 -> 笔 -> w)
// 打印文件描述符
std::cout << "pipefd[0]: " << pipefd[0] << ",pipefd[1]: " << pipefd[1] << std::endl;
return 0;
}执行结果
正确打印出文件描述符，表示成功创建管道。
关闭0号文件描述符，继续测试是否满足文件描述符规则！
同样符合规则，先占用0号文件描述符，且成功创建管道。
进行通信测试
获取信息函数
std::string GetOtherMessage()
{
static int cnt = 0;// 静态变量，全局的，在函数能使用
std::string messageid = std::to_string(cnt); // stoi string -> int
cnt++;
pid_t id = getpid();
std::string stringid = std::to_string(id);
std::string message = "messageid: ";
message += messageid;
message += "stringid: ";
message += stringid;
return message;
}子进程写入信息
// 子进程进行写入
void SubProcessWrite(int wfd)
{
int pipesize = 0;
std::string message = "father,I am your son process!";
char c = 'A';
while(true)
{
std::string info = message + GetOtherMessage(); // 这条消息，就是我们子进程发给父进程的消息
write(wfd,info.c_str(),info.size()); // 写入管道的时候，没有写入\0, 有没有必要？没有必要
sleep(1); // 子进程写慢一点
}
}父进程读取信息
// 父进程进行读取
void FatherProcessRead(int rfd)
{
char buffer[size];
while(true)
{
ssize_t n = read(rfd,buffer,sizeof(buffer) - 1); // strlen()
// 返回值大于0表示成功读取
if(n > 0)
{
buffer[n - 1] = 0;// \0
std::cout << buffer << std::endl;
}
// 返回值是0，表示写端直接关闭了，我们读到了文件的结尾
else if(n == 0)
{
std::cout << "client quit, father get return val: " << n << " father quit too!" << std::endl;
break;
}
// 返回值小于0表示读取错误
else if(n < 0)
{
std::cerr << "read error" << std::endl;
break;
}
}
}主函数
int main()
{
// close(0); // 关闭文件描述符
// 1、创建管道
int pipefd[2];
int n = pipe(pipefd); // 输出型参数 rfd wfd
// 返回0表示成功，不等于0则失败且更新错误码
if(n != 0)
{
std::cerr << "errno: "<< errno << "errstring: " << strerror(errno) << std::endl;
return 1;
}
// pipefd[0] 读(0 -> 嘴巴 -> r) pipefd[1] 写(1 -> 笔 -> w)
std::cout << "pipefd[0]: " << pipefd[0] << ",pipefd[1]: " << pipefd[1] << std::endl;
// 2、创建子进程
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
std::cout << "子进程关闭不需要的fd了，准备发消息了" << std::endl;
// 子进程 --write
// 3、关闭不需要的文件描述符 read
close(pipefd[0]);
SubProcessWrite(pipefd[1]);
close(pipefd[1]);
exit(0);
}
sleep(1);
// 父进程
// 3、关闭不需要的文件描述符 write
std::cout << "父进程关闭不需要的fd了，准备收消息了" << std::endl;
close(pipefd[1]);
FatherProcessRead(pipefd[0]);
std::cout << "5s,father close rfd" << std::endl;
sleep(5);
close(pipefd[0]);
// 回收子进程
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id,&status,0);
// 返回值大于0回收成功
if(rid > 0)
{
std::cout << "wait child process done, exit sig: " << (status & 0x7f) << std::endl;
std::cout << "wait child process done, exit code(ign): " << ((status >> 8) & 0xFF) << std::endl;
}
return 0;
}用fork来共享管道原理
运行结果
原理
父进程竟然要关闭不需要的fd，为什么开始需要打开呢？可以不关闭？
必须打开，因为需要让子进程继承下去。可以不关闭，但是建议关闭，防止误写。
为什么父子进程会向同一个终端显示器打印数据呢？
由于父子进程共享了相同的输出环境（通常是终端或显示器）。
进程默认会打开0,1,2号文件描述符，怎么做到的呢？
该进程时bash的子进程，bash打开了，所有子进程也默认打开了，我们只需要做好约定即可。
close();为什么我们子进程主动close(0,1,2)，不影响父进程继续使用显示器文件呢？
因为子进程close(0,1,2)不是直接就关闭文件描述符，而是存在一个引用计数，当有进程指向该文件描述符时就++，关闭文件描述符先对引用计数--，如果引用计数等于0则关闭文件描述符。
代码验证：
管道的四种情况：
1、如果管道内部是空的 && write fd 没有关闭，读取条件不具备，读进程会被阻塞 -- 即 wait，等待读取条件具备，即写入数据条件具备。
2、管道被写满 && read fd 不读且没有关闭， 写进程会被阻塞，即写条件不具备，需要等待读取数据。
3、管道一直在读 && 写端关闭了wfd，读端返回值会读到0，表示读到文件结尾。
演示一
演示二
4、rfd直接关闭，写段wfd一直写入？写段操作会被操作系统直接使用13号信号关掉。相当于进程出现了异常。
管道的五种特征：
1、匿名管道：只用来进行具有血缘关系的进程之间进行通信，通常用于父子之间进行通信。因为子进程能看到父进程的数据。
2、管道内部，自带进程之间同步机制，多执行流执行代码的时候，具有明显的顺序性。
可能会出现管道被多个进程读取的情况，那么数据就可能出现不一致问题，因此管道内部自带同步机制。
3、管道文件的生命周期是随进程
4、管道文件在通信的时候，是面向字节流的。写的次数和读取的次数不是一一匹配。
代码
运行结果
5、管道的通信模式，是一种特殊的半双工模式(在任何给定时间内，一个管道只能用于读或写操作，但不能同时进行)。
全双工模式：在任何给定时间内，一个管道能用于读和写操作，能同时进行。
补充：