重庆邮电大学移通学院毕业设计(论文) 第2章 Linux多进程编程
2.3 进程间通信[1][2][3][4][7]
2.3.1 总述
linux下的进程通信手段基本上是从Unix平台上的进程通信手段继承而来的。而对Unix发展做出重大贡献的两大主力AT&T的贝尔实 验室及BSD(加州大学伯克利分校的伯克利软件发布中心)在进程间通信方面的侧重点有所不同。前者对Unix早期的进程间通信手段进行了系统的改进和扩 充，形成了“system V IPC”，通信进程局限在单个计算机内；后者则跳过了该限制，形成了基于套接口(socket)
的进程间通信机制。Linux则把两者继承了下来，如图 示：
图2.1 linux进程间通信
图2.1给出了linux 所支持的各种IPC手段，在本文接下来的讨论中，为了避免概念上的混淆，在尽可能少提及Unix的各个版本的情况下，所有问题的讨论最终都会归结到 Linux环境下的进程间通信上来。并且，对于Linux所支持通信手段的不同实现版本(如对于共享内存来说，有Posix共享内存区以及System V共享内存区两个实现版本)，将主要介绍Posix API。
2.3.2 管道[10]
1、 管道概述及相关API应用 1.1 管道相关的关键概念
管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特点：
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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；
只能用于父子进程或者兄弟进程之间(具有亲缘关系的进程)；
单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。
数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。
1.2管道的创建： #include
该函数创建的管道的两端处于一个进程中间，在实际应用中没有太大意义，因此，一个进程在由pipe()创建管道后，一般再fork一个 子进程，然后通过管道实现父子进程间的通信(因此也不难推出，只要两个进程中存在亲缘关系，这里的亲缘关系指的是具有共同的祖先，都可以采用管道方式来进 行通信)。
1.3管道的读写规则：
管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字 fd[0]表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1]来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据 都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。
从管道中读取数据：
如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；
当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于 PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数(此时，管道中数据量小于请求的数据量)；或者返回请求的字节数(此
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时，管道中数据量不小于请求的数据 量)。注：(PIPE_BUF在include/linux/limits.h中定义，不同的内核版本可能会有所不同。
关于管道的读规则验证：
#include
#include
int pipe_fd[2]; pid_t pid;
char r_buf[100]; char w_buf[4]; char* p_wbuf; int r_num; int cmd;
memset(r_buf,0,sizeof(r_buf)); memset(w_buf,0,sizeof(r_buf)); p_wbuf=w_buf; if(pipe(pipe_fd)<0) {
printf(\return -1; }
if((pid=fork())==0) {
printf(\
close(pipe_fd[1]);
sleep(3);//确保父进程关闭写端 r_num=read(pipe_fd[0],r_buf,100);
printf( \ the data read from the pipe
is %d\\n\
close(pipe_fd[0]); exit(); }
else if(pid>0) {
close(pipe_fd[0]);//read strcpy(w_buf,\
if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)!=-1) printf(\
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close(pipe_fd[1]);//write
printf(\sleep(10); } }
程序输出结果： parent write over parent close fd[1] over
read num is 4 the data read from the pipe is 111
管道写端关闭后，写入的数据将一直存在，直到读出为止. 向管道中写入数据：
向管道中写入数据时，linux将不保证写入的原子性，管道缓冲区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据。如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将一直阻塞。
2、 有名管道概述及相关API应用 2.1 有名管道相关的关键概念
管道应用的一个重大限制是它没有名字，因此，只能用于具有亲缘关系的进程间通信，在有名管道(named pipe或FIFO)提出后，该限制得到了克服。FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即 使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信(能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之 间)，因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是，FIFO严格遵循先进先出(first in first out)，对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。
2.2有名管道的创建 #include
int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)
该函数的第一个参数是一个普通的路径名，也就是创建后FIFO的名字。第
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二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode 参数相同。 如果mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时，会返回EEXIST错误，所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误，如果确实返回该错 误，那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。一般文件的I/O函数都可以用于FIFO，如close、read、write等等。
2.3有名管道的打开规则
有名管道比管道多了一个打开操作：open。 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)。
2.4有名管道的读写规则 从FIFO中读取数据：
约定：如果一个进程为了从FIFO中读取数据而阻塞打开FIFO，那么称该进程内的读操作为设置了阻塞标志的读操作。
如果有进程写打开FIFO，且当前FIFO内没有数据，则对于设置了阻塞标志的读操作来说，将一直阻塞。对于没有设置阻塞标志读操作来说则返回-1，当前errno值为EAGAIN，提醒以后再试。
对于设置了阻塞标志的读操作说，造成阻塞的原因有两种：当前FIFO内有数据，但有其它进程在读这些数据；另外就是FIFO内没有数据。解阻塞的原因则是FIFO中有新的数据写入，不论信写入数据量的大小，也不论读操作请求多少数据量。
读打开的阻塞标志只对本进程第一个读操作施加作用，如果本进程内有多个
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