Linux 详谈进程间通信（一）
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目录
1. 进程间通信介绍
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。
进程间通信发展
管道
System V进程间通信
POSIX进程间通信
进程间通信分类
管道：匿名管道pipe 命名管道
System V IPC：System V 消息队列 System V 共享内存 System V 信号量
POSIX IPC：消息队列 共享内存 信号量 互斥量 条件变量 读写锁
2. 管道
什么是管道
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”
3. 匿名管道
#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
实例代码
//例⼦：从键盘读取数据，写⼊管道，读取管道，写到屏幕
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
int fds[2];
char buf[100];
int len;
if (pipe(fds) == -1)
perror("make pipe"), exit(1);
// read from stdin
while (fgets(buf, 100, stdin)) {
len = strlen(buf);
// write into pipe
if (write(fds[1], buf, len) != len) {
perror("write to pipe");
break;
}
memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
// read from pipe
if ((len = read(fds[0], buf, 100)) == -1) {
perror("read from pipe");
break;
}
// write to stdout
if (write(1, buf, len) != len) {
perror("write to stdout");
break;
}
}
}⽤ fork 来共享管道原理
站在⽂件描述符⻆度-深度理解管道
站在内核⻆度-管道本质
所以，看待管道，就如同看待⽂件⼀样！管道的使⽤和⽂件⼀致，迎合了“Linux⼀切皆⽂件思想”。
管道样例
测试管道读写
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
do \
{ \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)
int main(int argc, char* argv[])
{
int pipefd[2];
if (pipe(pipefd) == -1)
ERR_EXIT("pipe error");
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid == -1)
ERR_EXIT("fork error");
if (pid == 0) {
close(pipefd[0]);
write(pipefd[1], "hello", 5);
close(pipefd[1]);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
close(pipefd[1]);
char buf[10] = { 0 };
read(pipefd[0], buf, 10);
printf("buf=%s\n", buf);
return 0;
}创建进程池处理任务
-- Channel.hpp --
#ifndef __CHANNEL_HPP__
#define __CHANNEL_HPP__
#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
// 先描述
class Channel
{
public:
Channel(int wfd, pid_t who) : _wfd(wfd), _who(who)
{
// Channel-3-1234
_name = "Channel-" + std::to_string(wfd) + "-" + std::to_string(who);
}
std::string Name()
{
return _name;
}
void Send(int cmd)
{
::write(_wfd, &cmd, sizeof(cmd));
}
void Close()
{
::close(_wfd);
}
pid_t Id()
{
return _who;
}
int wFd()
{
return _wfd;
}
~Channel()
{
}
private:
int _wfd;
std::string _name;
pid_t _who;
};
#endif-- ProcessPool.hpp --
#ifndef __PROCESS_POOL_HPP__
#define __PROCESS_POOL_HPP__
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <functional>
#include "Task.hpp"
#include "Channel.hpp"
// typedef std::function<void()> work_t;
using work_t = std::function<void()>;
enum
{
OK = 0,
UsageError,
PipeError,
ForkError
};
class ProcessPool
{
public:
ProcessPool(int n, work_t w)
: processnum(n), work(w)
{
}
// channels : 输出型参数
// work_t work: 回调
int InitProcessPool()
{
// 2. 创建指定个数个进程
for (int i = 0; i < processnum; i++)
{
// 1. 先有管道
int pipefd[2] = { 0 };
int n = pipe(pipefd);
if (n < 0)
return PipeError;
// 2. 创建进程
pid_t id = fork();
if (id < 0)
return ForkError;
// 3. 建⽴通信信道
if (id == 0)
{
// 关闭历史wfd
std::cout << getpid() << ", child close history fd: ";
for (auto& c : channels)
{
std::cout << c.wFd() << " ";
c.Close();
}
std::cout << " over" << std::endl;
::close(pipefd[1]); // read
// child
std::cout << "debug: " << pipefd[0] << std::endl;
dup2(pipefd[0], 0);
work();
::exit(0);
}
// ⽗进程执⾏
::close(pipefd[0]); // write
channels.emplace_back(pipefd[1], id);
// Channel ch(pipefd[1], id);
// channels.push_back(ch);
}
return OK;
}
void DispatchTask()
{
int who = 0;
// 2. 派发任务
int num = 20;
while (num--)
{
// a. 选择⼀个任务， 整数
int task = tm.SelectTask();
// b. 选择⼀个⼦进程channel
Channel& curr = channels[who++];
who %= channels.size();
std::cout << "######################" << std::endl;
std::cout << "send " << task << " to " << curr.Name() << ", 任务还剩: " << num << std::endl;
std::cout << "######################" << std::endl;
// c. 派发任务
curr.Send(task);
sleep(1);
}
}
void CleanProcessPool()
{
// version 3
for (auto& c : channels)
{
c.Close();
pid_t rid = ::waitpid(c.Id(), nullptr, 0);
if (rid > 0)
{
std::cout << "child " << rid << " wait ... success" <<
std::endl;
}
}
// version 2
// for (auto &c : channels)
// for(int i = channels.size()-1; i >= 0; i--)
// {
// channels[i].Close();
// pid_t rid = ::waitpid(channels[i].Id(), nullptr, 0); // 阻塞了！
// if (rid > 0)
// {
// std::cout << "child " << rid << " wait ... success" << std::endl;
// }
// }
// version 1
// for (auto &c : channels)
// {
// c.Close();
// }
//?
// for (auto &c : channels)
// {
// pid_t rid = ::waitpid(c.Id(), nullptr, 0);
// if (rid > 0)
// {
// std::cout << "child " << rid << " wait ... success" << std::endl;
// }
// }
}
void DebugPrint()
{
for (auto& c : channels)
{
std::cout << c.Name() << std::endl;
}
}
private:
std::vector<Channel> channels;
int processnum;
work_t work;
};
#endif-- Task.hpp --
#pragma once
#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <functional>
#include <ctime>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
using task_t = std::function<void()>;
class TaskManger
{
public:
TaskManger()
{
srand(time(nullptr));
tasks.push_back([]()
{ std::cout << "sub process[" << getpid() << " ] 执⾏访问数据库的任务\n"<< std::endl; });
tasks.push_back([]()
{ std::cout << "sub process[" << getpid() << " ] 执⾏url解析\n"<< std::endl; });
tasks.push_back([]()
{ std::cout << "sub process[" << getpid() << " ] 执⾏加密任务\n"<< std::endl; });
tasks.push_back([]()
{ std::cout << "sub process[" << getpid() << " ] 执⾏数据持久化任务\n"<< std::endl; });
}
int SelectTask()
{
return rand() % tasks.size();
}
void Excute(unsigned long number)
{
if (number > tasks.size() || number < 0)
return;
tasks[number]();
}
~TaskManger()
{
}
private:
std::vector<task_t> tasks;
};
TaskManger tm;
void Worker()
{
while (true)
{
int cmd = 0;
int n = ::read(0, &cmd, sizeof(cmd));
if (n == sizeof(cmd))
{
tm.Excute(cmd);
}
else if (n == 0)
{
std::cout << "pid: " << getpid() << " quit..." << std::endl;
break;
}
else
{
}
}
}-- Main.cc --
#include "ProcessPool.hpp"
#include "Task.hpp"
void Usage(std::string proc)
{
std::cout << "Usage: " << proc << " process-num" << std::endl;
}
// 我们⾃⼰就是master
int main(int argc, char* argv[])
{
if (argc != 2)
{
Usage(argv[0]);
return UsageError;
}
int num = std::stoi(argv[1]);
ProcessPool* pp = new ProcessPool(num, Worker);
// 1. 初始化进程池
pp->InitProcessPool();
// 2. 派发任务
pp->DispatchTask();
// 3. 退出进程池
pp->CleanProcessPool();
// std::vector<Channel> channels;
// // 1. 初始化进程池
// InitProcessPool(num, channels, Worker);
// // 2. 派发任务
// DispatchTask(channels);
// // 3. 退出进程池
// CleanProcessPool(channels);
delete pp;
return 0;
}-- Makefile --
BIN = processpool
CC = g++
FLAGS = -c - Wall - std = c++11
LDFLAGS = -o
# SRC = $(shell ls * .cc)
SRC = $(wildcard * .cc)
OBJ = $(SRC:.cc = .o)
$(BIN) :$(OBJ)
$(CC) $(LDFLAGS) $@ $ ^
%.o: % .cc
$(CC) $(FLAGS) $ <
.PHONY : clean
clean :
rm - f $(BIN) $(OBJ)
.PHONY : test
test :
@echo $(SRC)
@echo $(OBJ)管道读写规则
当没有数据可读时
O_NONBLOCK disable：read调⽤阻塞，即进程暂停执⾏，⼀直等到有数据来到为⽌。
O_NONBLOCK enable：read调⽤返回-1，errno值为EAGAIN。
当管道满的时候
O_NONBLOCK disable： write调⽤阻塞，直到有进程读⾛数据
O_NONBLOCK enable：调⽤返回-1，errno值为EAGAIN
如果所有管道写端对应的⽂件描述符被关闭，则read返回0
如果所有管道读端对应的⽂件描述符被关闭，则write操作会产⽣信号SIGPIPE,进⽽可能导致write进程退出
当要写⼊的数据量不⼤于PIPE_BUF时，linux将保证写⼊的原⼦性。
当要写⼊的数据量⼤于PIPE_BUF时，linux将不再保证写⼊的原⼦性。
管道特点
只能⽤于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进⾏通信；通常，⼀个管道由⼀个进程创建，然后该进程调⽤fork，此后⽗、⼦进程之间就可应⽤该管道。
管道提供流式服务
⼀般⽽⾔，进程退出，管道释放，所以管道的⽣命周期随进程
⼀般⽽⾔，内核会对管道操作进⾏同步与互斥
管道是半双⼯的，数据只能向⼀个⽅向流动；需要双⽅通信时，需要建⽴起两个管道
惟楚有才，于斯为盛。欢迎来到长沙！！！ 茶颜悦色、臭豆腐、CSDN和你一个都不能少~
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