每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不 到,所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程1把数据从用 户空间拷到内核缓冲区,进程2再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程 间通信(IPC,InterProcess Communication)
1.1pipe管道
#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);
管道作用于有血缘关系的进程之间,通过fork来传递,调用pipe函数时在内核中开辟一块缓冲区(称为管道)用于通信,它有一个读端一个 写端,然后通过filedes参数传出给用户程序两个文件描述符,filedes[0]指向管道的读 端,filedes[1]指向管道的写端(很好记,就像0是标准输入1是标准输出一样)。所以管道 在用户程序看起来就像一个打开的文件,通过read(filedes[0]);或者write(filedes[1]); 向这个文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。pipe函数调用成功返回0,调用失败返 回-1。
pipe管道代码实例
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define MAXLINE 80
int main(void) {
int n;
int fd[2];
pid_t pid;
char line[MAXLINE];
if (pipe(fd) < 0)
{ perror("pipe");
exit(1);
}
if ((pid = fork()) < 0)
{
perror("fork");
exit(1);
}
if (pid > 0) { /* parent */
close(fd[0]);
write(fd[1], "hello world\n", 12);
wait(NULL);
}
else { /* child */
close(fd[1]);
n = read(fd[0], line, MAXLINE); write(STDOUT_FILENO, line, n);
}
return 0;
}
使用管道有一些限制: 两个进程通过一个管道只能实现单向通信,比如上面的例子,父进程写子进程读,如果 有时候也需要子进程写父进程读,就必须另开一个管道。请读者思考,如果只开一个管道, 但是父进程不关闭读端,子进程也不关闭写端,双方都有读端和写端,为什么不能实现双向 通信?
管道的读写端通过打开的文件描述符来传递,因此要通信的两个进程必须从它们的公共 祖先那里继承管道文件描述符。上面的例子是父进程把文件描述符传给子进程之后父子进程 之间通信,也可以父进程fork两次,把文件描述符传给两个子进程,然后两个子进程之间通 信,总之需要通过fork传递文件描述符使两个进程都能访问同一管道,它们才能通信。
使用管道需要注意以下4种特殊情况(假设都是阻塞I/O操作,没有设置O_NONBLOCK标 志):
1.如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了(管道写端的引用计数等于0),而仍 然有进程从管道的读端读数据,那么管道中剩余的数据都被读取后,再次read会返回0,就 像读到文件末尾一样。
2.如果有指向管道写端的文件描述符没关闭(管道写端的引用计数大于0),而持有管 道写端的进程也没有向管道中写数据,这时有进程从管道读端读数据,那么管道中剩余的数 据都被读取后,再次read会阻塞,直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。
3.如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了(管道读端的引用计数等于0),这时 有进程向管道的写端write,那么该进程会收到信号SIGPIPE,通常会导致进程异常终止。讲 信号时会讲到怎样使SIGPIPE信号不终止进程。
4.如果有指向管道读端的文件描述符没关闭(管道读端的引用计数大于0),而持有管 道读端的进程也没有从管道中读数据,这时有进程向管道写端写数据,那么在管道被写满时 再次write会阻塞,直到管道中有空位置了才写入数据并返回。
管道的这四种特殊情况具有普遍意义。非阻塞管道, fcntl函数设置O_NONBLOCK标志
fpathconf(int fd, int name)测试管道缓冲区大小,_PC_PIPE_BUF 。
2.fifo有名管道
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
当只写打开FIFO管道时,如果没有FIFO没有读端打开,则open写打开会阻塞。
FIFO内核实现时可以支持双向通信。(pipe单向通信,因为父子进程共享同一个file 结构体)
FIFO可以一个读端,多个写端;也可以一个写端,多个读端。
3. 内存共享映射
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);
mmap可以把磁盘文件的一部分直接映射到内存,这样文件中的位置直接就有对应的内存 地址,对文件的读写可以直接用指针来做而不需要read/write函数。
如果addr参数为NULL,内核会自己在进程地址空间中选择合适的地址建立映射。如果 addr不是NULL,则给内核一个提示,应该从什么地址开始映射,内核会选择addr之上的某个 合适的地址开始映射。建立映射后,真正的映射首地址通过返回值可以得到。len参数是需 要映射的那一部分文件的长度。off参数是从文件的什么位置开始映射,必须是页大小的整 数倍(在32位体系统结构上通常是4K)。filedes是代表该文件的描述符。
prot参数有四种取值:
* PROT_EXEC表示映射的这一段可执行,例如映射共享库 * PROT_READ表示映射的这一段可读
* PROT_WRITE表示映射的这一段可写
* PROT_NONE表示映射的这一段不可访问
flag参数有很多种取值,这里只讲两种,其它取值可查看mmap(2)
* MAP_SHARED多个进程对同一个文件的映射是共享的,一个进程对映射的内存做了修 改,另一个进程也会看到这种变化。
* MAP_PRIVATE多个进程对同一个文件的映射不是共享的,一个进程对映射的内存做了修 改,另一个进程并不会看到这种变化,也不会真的写到文件中去。
如果mmap成功则返回映射首地址,如果出错则返回常数MAP_FAILED。当进程终止时,该进程 的映射内存会自动解除,也可以调用munmap解除映射。munmap成功返回0,出错返回-1。
使用mmap映射例子
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
int main(void)
{
int *p;
int fd = open("hello", O_RDWR); if (fd < 0) {
perror("open hello");
exit(1); }
p = mmap(NULL, 6, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); if (p == MAP_FAILED) {
perror("mmap");
exit(1); }
close(fd);
p[0] = 0x30313233; munmap(p, 6); return 0;
}
* 用于进程间通信时,一般设计成结构体,来传输通信的数据
* 进程间通信的文件,应该设计成临时文件
* 当报总线错误时,优先查看共享文件是否有存储空间
进程间共享通信--写进程例子
/* process_mmap_w.c*/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#define MAPLEN 0x1000
struct STU { int id;
char name[20];
char sex;
};
void sys_err(char *str, int exitno) {
error(str);
exit(exitno);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
struct STU *mm; int fd, i = 0;
if (argc < 2) {
printf("./a.out filename\n");
exit(1);
}
fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, 0777);
if (fd < 0)
sys_err("open", 1);
if (lseek(fd, MAPLEN-1, SEEK_SET) < 0)
sys_err("lseek", 3);
if (write(fd, "\0", 1) < 0)
sys_err("write", 4);
mm = mmap(NULL, MAPLEN, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (mm == MAP_FAILED)
sys_err("mmap", 2); close(fd);
while (1) { mm->id = i;
sprintf(mm->name, "zhang-%d", i);
if (i % 2 == 0)
mm->sex = 'm';
else
mm->sex = 'w';
i++;
sleep(1);
}
munmap(mm, MAPLEN);
return 0;
}
进程间共享通信--读进程例子
/* process_mmap_r.c*/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#define MAPLEN 0x1000
struct STU
{
int id;
char name[20];
char sex;
};
void sys_err(char *str, int exitno)
{
perror(str);
exit(exitno);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
struct STU *mm;
int fd, i = 0;
if (argc < 2) {
printf("./a.out filename\n");
exit(1);
}
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd < 0)
sys_err("open", 1);
mm = mmap(NULL, MAPLEN, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (mm == MAP_FAILED)
sys_err("mmap", 2);
close(fd);
unlink(argv[1]);
while (1) {
printf("%d\n", mm->id);
printf("%s\n", mm->name);
printf("%c\n", mm->sex);
sleep(1);
}
munmap(mm, MAPLEN);
return 0;
}每个进程各自有不同的用户地址空间,任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不 到,所以进程之间要交换数据必须通过内核,在内核中开辟一块缓冲区,进程1把数据从用 户空间拷到内核缓冲区,进程2再从内核缓冲区把数据读走,内核提供的这种机制称为进程 间通信(IPC,InterProcess Communication)
1.1pipe管道
#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);
管道作用于有血缘关系的进程之间,通过fork来传递,调用pipe函数时在内核中开辟一块缓冲区(称为管道)用于通信,它有一个读端一个 写端,然后通过filedes参数传出给用户程序两个文件描述符,filedes[0]指向管道的读 端,filedes[1]指向管道的写端(很好记,就像0是标准输入1是标准输出一样)。所以管道 在用户程序看起来就像一个打开的文件,通过read(filedes[0]);或者write(filedes[1]); 向这个文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。pipe函数调用成功返回0,调用失败返 回-1。
pipe管道代码实例
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define MAXLINE 80
int main(void) {
int n;
int fd[2];
pid_t pid;
char line[MAXLINE];
if (pipe(fd) < 0)
{ perror("pipe");
exit(1);
}
if ((pid = fork()) < 0)
{
perror("fork");
exit(1);
}
if (pid > 0) { /* parent */
close(fd[0]);
write(fd[1], "hello world\n", 12);
wait(NULL);
}
else { /* child */
close(fd[1]);
n = read(fd[0], line, MAXLINE); write(STDOUT_FILENO, line, n);
}
return 0;
}
使用管道有一些限制: 两个进程通过一个管道只能实现单向通信,比如上面的例子,父进程写子进程读,如果 有时候也需要子进程写父进程读,就必须另开一个管道。请读者思考,如果只开一个管道, 但是父进程不关闭读端,子进程也不关闭写端,双方都有读端和写端,为什么不能实现双向 通信?
管道的读写端通过打开的文件描述符来传递,因此要通信的两个进程必须从它们的公共 祖先那里继承管道文件描述符。上面的例子是父进程把文件描述符传给子进程之后父子进程 之间通信,也可以父进程fork两次,把文件描述符传给两个子进程,然后两个子进程之间通 信,总之需要通过fork传递文件描述符使两个进程都能访问同一管道,它们才能通信。
使用管道需要注意以下4种特殊情况(假设都是阻塞I/O操作,没有设置O_NONBLOCK标 志):
1.如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了(管道写端的引用计数等于0),而仍 然有进程从管道的读端读数据,那么管道中剩余的数据都被读取后,再次read会返回0,就 像读到文件末尾一样。
2.如果有指向管道写端的文件描述符没关闭(管道写端的引用计数大于0),而持有管 道写端的进程也没有向管道中写数据,这时有进程从管道读端读数据,那么管道中剩余的数 据都被读取后,再次read会阻塞,直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。
3.如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了(管道读端的引用计数等于0),这时 有进程向管道的写端write,那么该进程会收到信号SIGPIPE,通常会导致进程异常终止。讲 信号时会讲到怎样使SIGPIPE信号不终止进程。
4.如果有指向管道读端的文件描述符没关闭(管道读端的引用计数大于0),而持有管 道读端的进程也没有从管道中读数据,这时有进程向管道写端写数据,那么在管道被写满时 再次write会阻塞,直到管道中有空位置了才写入数据并返回。
管道的这四种特殊情况具有普遍意义。非阻塞管道, fcntl函数设置O_NONBLOCK标志
fpathconf(int fd, int name)测试管道缓冲区大小,_PC_PIPE_BUF 。
2.fifo有名管道
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
当只写打开FIFO管道时,如果没有FIFO没有读端打开,则open写打开会阻塞。
FIFO内核实现时可以支持双向通信。(pipe单向通信,因为父子进程共享同一个file 结构体)
FIFO可以一个读端,多个写端;也可以一个写端,多个读端。
3. 内存共享映射
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);
mmap可以把磁盘文件的一部分直接映射到内存,这样文件中的位置直接就有对应的内存 地址,对文件的读写可以直接用指针来做而不需要read/write函数。
如果addr参数为NULL,内核会自己在进程地址空间中选择合适的地址建立映射。如果 addr不是NULL,则给内核一个提示,应该从什么地址开始映射,内核会选择addr之上的某个 合适的地址开始映射。建立映射后,真正的映射首地址通过返回值可以得到。len参数是需 要映射的那一部分文件的长度。off参数是从文件的什么位置开始映射,必须是页大小的整 数倍(在32位体系统结构上通常是4K)。filedes是代表该文件的描述符。
prot参数有四种取值:
* PROT_EXEC表示映射的这一段可执行,例如映射共享库 * PROT_READ表示映射的这一段可读
* PROT_WRITE表示映射的这一段可写
* PROT_NONE表示映射的这一段不可访问
flag参数有很多种取值,这里只讲两种,其它取值可查看mmap(2)
* MAP_SHARED多个进程对同一个文件的映射是共享的,一个进程对映射的内存做了修 改,另一个进程也会看到这种变化。
* MAP_PRIVATE多个进程对同一个文件的映射不是共享的,一个进程对映射的内存做了修 改,另一个进程并不会看到这种变化,也不会真的写到文件中去。
如果mmap成功则返回映射首地址,如果出错则返回常数MAP_FAILED。当进程终止时,该进程 的映射内存会自动解除,也可以调用munmap解除映射。munmap成功返回0,出错返回-1。
使用mmap映射例子
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
int main(void)
{
int *p;
int fd = open("hello", O_RDWR); if (fd < 0) {
perror("open hello");
exit(1); }
p = mmap(NULL, 6, PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0); if (p == MAP_FAILED) {
perror("mmap");
exit(1); }
close(fd);
p[0] = 0x30313233; munmap(p, 6); return 0;
}
* 用于进程间通信时,一般设计成结构体,来传输通信的数据
* 进程间通信的文件,应该设计成临时文件
* 当报总线错误时,优先查看共享文件是否有存储空间
进程间共享通信--写进程例子
/* process_mmap_w.c*/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#define MAPLEN 0x1000
struct STU { int id;
char name[20];
char sex;
};
void sys_err(char *str, int exitno) {
error(str);
exit(exitno);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
struct STU *mm; int fd, i = 0;
if (argc < 2) {
printf("./a.out filename\n");
exit(1);
}
fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, 0777);
if (fd < 0)
sys_err("open", 1);
if (lseek(fd, MAPLEN-1, SEEK_SET) < 0)
sys_err("lseek", 3);
if (write(fd, "\0", 1) < 0)
sys_err("write", 4);
mm = mmap(NULL, MAPLEN, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (mm == MAP_FAILED)
sys_err("mmap", 2); close(fd);
while (1) { mm->id = i;
sprintf(mm->name, "zhang-%d", i);
if (i % 2 == 0)
mm->sex = 'm';
else
mm->sex = 'w';
i++;
sleep(1);
}
munmap(mm, MAPLEN);
return 0;
}
进程间共享通信--读进程例子
/* process_mmap_r.c*/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#define MAPLEN 0x1000
struct STU
{
int id;
char name[20];
char sex;
};
void sys_err(char *str, int exitno)
{
perror(str);
exit(exitno);
}
int main(int argc, char *argv[]) {
struct STU *mm;
int fd, i = 0;
if (argc < 2) {
printf("./a.out filename\n");
exit(1);
}
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd < 0)
sys_err("open", 1);
mm = mmap(NULL, MAPLEN, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (mm == MAP_FAILED)
sys_err("mmap", 2);
close(fd);
unlink(argv[1]);
while (1) {
printf("%d\n", mm->id);
printf("%s\n", mm->name);
printf("%c\n", mm->sex);
sleep(1);
}
munmap(mm, MAPLEN);
return 0;
}