进程间通信: 管道

急救室

2018-05-28

Linux内核为每个用户进程开辟了独立的内存空间，各个进程间互不影响，任何一个进程的全局变量，其他进程都访问不到。此种情况下进程间要通信只能通过内核，在内核空间中开辟一块内存空间作为缓存区，进程1将数据从用户空间拷贝到缓存区，进程2将数据从缓冲区拷贝到用户空间，从而实现进程间数据的交换。内核提供的这种机制称为进程间通信(IPC)

1. 进程间的通信方式有：

管道(无名管道和有名管道)

信号

消息

共享内存

套接字

2. 无名管道通信

2.1 无名管道通信

管道是一种较早的进程间通信实现方式之一，无名管道通信要求进程间具有亲缘关系，比如父子进程，兄弟进程。因为这样的进程拥有同一个父进程所创建的管道文件。父子进程通过管道通信的过程大致如下：

1. 父进程调用pipe()函数在内核中开辟一个缓冲区（称为管道），并返回两个文件描述符filedes[0]执行管道的读端, 和filedes[1]执行管道的写端

#include <unistd.h>

int pipe(int filedes[]);

2. 父进程调用fork()创建子进程，子进程继承了父进程的文件描述符。此时父子进程的文件描述符的读、写端均指向了同一个管道。

3. 若父进程写端向管道拷贝数据，则子进程读端就可以从管道读取数据

示例：

#include <unistd.h>

int main(void)
{
    int fd[2];
    pid_t pid;
    char line[12];

    pipe(fd);
    pid = fork(); //create childe process

    if (pid > 0) {
        close(fd[0]);
        write(fd[1], "Hello world\n", 12);
    } else {
        close(fd[1]);
        read(fd[0], line, 12);
        write(STDOUT_FILENO, line, 12);
    }
    return 0;
}

2.2 shell管道的实现

在shell中我们经常使用管道将一个命令的标准输出传到另一个命令的标准输入中, 这其中就使用到了无名管道通信机制。

ls - | wc -l

其实现过程是：

1. shell 调用fork()创建进程1

2. 进程1调用pipe()在内核中开辟缓存区(管道)，并返回两个文件描述符fd[0](连接管道的读端)，fd[1]写端(连接管道的写端)

3. 进程1调用fork()创建子进程(姑且称为进程2)，进程2继承父进程的文件描述符

4. 进程1调用dup2()将文件描述符1(标准输出)绑定到文件描述符fd[1](连接管道的写端)上

5. 进程1调用两次close()关闭fd[0]和fd[1]

6. 进程1调用exec系列函数执行ls -1命令

7.进程2调用dup2()将文件描述符0(标准输入)绑定到文件描述符fd[0](连接管道的读端)上

8. 进程2调用两次close()关闭fd[0]和fd[1]

9. 进程2调用exec系列函数执行wc -l命令

示例：

#include <unistd.h>

int main(void)
{
    int fd[];
    pipe(fd);

    if (fork() == ) {
        dup2(fd[],);
        close(fd[]);
        close(fd[]);
        execl("/usr/bin/wc","wc","-l",NULL);
    } else {
        dup2(fd[],);
        close(fd[]);
        close(fd[]);
        execl("/bin/ls","ls","-1",NULL);
    }
    return ;
}