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匿名管道通信

article 2025/2/28 15:27:39

1.进程为什么要通信？
进程是需要协同的，如何协同？- - 通信 - - 数据是有类别的，很多不同的数据。
进程具有独立性。进程 = 内核数据结构 + 代码和数据
2.进程如何通信？
a.进程通信，成本较高。
b.进程间通信的前提，先让不同的进程，看到同一份OS提供的资源。以通信为目的的资源就是一段内存。
通信：两个进程想要通信，由于进程本身具有独立性，因此自身不能够被对方看到。必须由OS开辟一段空间让这两个进程都看到这份空间。通过这个公共的空间进行通信。
普通通信方式：消息队列、共享内存、信号量。
复用内核代码的通信方式：管道- - a.命名管道 b.匿名管道

每个进程的task_struct相互独立。但其对应的文件描述是共用的。父进程创建子进程，子进程的task_struct 独立，但文件描述公共。这就是为什么每个进程的0 1 2文件描述符都打开的原因。因为每个进程都是bin的子进程。只要是bin的子进程，则都会自动继承打开文件描述的 0 1 2。
对应的，为什么子进程 close(0/1/2) 不会影响父进程？因为在 file中存在引用计数，这个计数显示了有多少个进程打开 0/1/2，单个进程close(0/1/2) 一次，只会让计数 - - 一次，只有减到0 才会真正关闭。

在下图情况下，父进程让OS打开文件、创建子进程之后，这个文件就可以称之为管道文件。 管道文件只允许单向通信。**原理：**正常情况是图1的情况。
但为了满足管道只能单向通信的要求，需要只指定一个为读，指定一个为写。如图二的情况。也就是说单向通信，让父子进程分别关掉自己不需要的文件描述符就行了。并且这里不需要将内容刷新到磁盘去。
在这里插入图片描述

管道文件使用的是文件系统的原理，但不能使用那一套接口，因为原来的接口会给磁盘刷新内容，而通信不需要。因此有新的接口为： pipe() 其实底层就是open，但它不会刷新磁盘内容，并且不需要带路径和文件名。在这里插入图片描述这就叫做匿名（管道）文件。成功返回0。
pipefd[2]：数组有两个元素，pipefd[0] - - 代表的是管道的读端，pipefd[1] - - 代表的是管道的写端。
1.如果需要双向通信，只需要创建两个管道就可以了。
2.pipe会把内容刷新给其他进程，而不是磁盘。

如何使用管道通信？（模型为父进程读，子进程写，管道也是文件，用的就是read和write）
1.首先搭建框架：
步骤：
a. 创建管道，管道的输出参数为pipefd[2]，这两个值一个是读，一个是写。创建管道成功返回的是0，创建失败非0.
b.创建子进程
c.关掉父进程的写端(pipefd[1])，关掉子进程的读端(pipefd[0])。
d.父进程阻塞等待子进程退出，避免僵尸进程。
2.子进程写入，父进程读。

管道的四种情况：
1.管道内部是空的或者 write fd没有关闭，则read fd 会一直等待。
2.管道被写满了，但是 read fd 没有关闭，则 write fd 就会一直阻塞。写端一直等待。
3.管道一直在被读，但是write fd 关闭了，并且该进程直接关闭了对管道的描述符，则读端进程读完有效数据后 read 返回值会读到0，表示读到了文件结尾。
4.管道还在写，但是read fd 关闭了，则这种管道就称为：broken pipe（坏的管道），这种情况下，OS会直接杀掉写入的进程，就是异常情况，直接使用13号信号杀掉。
总结： 如果写入和读取不关闭他们的fd，则读写会自己等待。但如果写端关闭，再读的话就会读到0。如果读端关闭，还在写就会直接异常。

管道的五种特征：
1.匿名管道：只能用来进行父子进程间的通信。也就是说只能用 fork() 出来的进程进行通信，爷孙也可以。
2.管道内部自带进程之间的同步机制。多执行流执行代码的时候，具有明显的顺序性。
3.管道文件的生命周期是随进程的。
4.管道文件在通信的时候，是面向字节流的。
5.管道的通信模式，是一种 特殊的半双工(特殊在不能够双向通信) 模式。半双工：A在写入的时候，B不能读。B在读的时候，A不能写入。就是说 A 干活的时候，B 不能干活。全双工：A 在接受B 输入的时候，还可以给 B输出。