1.什么是通信
- 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。
2.为什么要通信
cat file | grep 'hello'
3.如何实现通信
1.两套标准:
System V IPC(聚焦在本地通信)(过时了)
System V 共享内存(重点学这个)
System V 消息队列
System V 信号量
POSIX IPC(让通信过程可以跨主机)
消息队列
共享内存
信号量
互斥量
条件变量
读写锁
2.管道:
我们知道进程是具有独立性的,今天我们需要通信———通信代价一定不低!
就如电影中无间道那样,警察派卧底。等卧底在某个地方传信息回来,这个地方能是警察局吗,能是黑社会的地方吗,肯定不能。两个进程也是这样。那这个地方是谁提供的。
1.OS需要直接或间接给通信双方提供”内存空间“。
2.要通信的进程,必要看到一份公共的资源。
不同的通信种类,本质上就是:上面所说的资源,是OS中哪一个模块提供的。
如何通信:
1.需要先让不同的进程看到同一份资源
2.通信。
4.匿名管道
管道文件也是文件。可能有人会这样觉得普通文件在磁盘里面,打开时OS也会创建struct file{},那两个进程实现通信,直接让它们在磁盘中进行不也可以吗?
通信得目的是把一个进程数据交给另一个进程是从内存到内存的。目的并不是把数据写到磁盘。
至于磁盘上是否真正存在这个文件也不在乎了。OS有能力创建出一个struct file对象(管道文件)。让父子进程实现通信。
因此,管道文件也叫内存文件。
接下里看看这个通信过程。
一般而言,我们的管道只能用来进行单向数据通信!
因此必须要保证一读一写。父进程读,子进程写也没问题。
那为什么要保证一读一些呢,不能都读都写吗?
如果都读都写的话,如果父/子进程读数据的时候,还需要分清这是谁的数据,给管道增加麻烦。
#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<cassert> //C++中使用C的头文件可以这样写
#include<cstdlib>
int main()
{
//父进程创建管道,打开读写端
int pfd[2];
int n=pipe(pfd);
//成功返回0
assert(n == 0);
(void)n;//linux默认是release,assert就注释掉了,因此会报没有使用n的警告,这里是消除警告
//创建子进程
pid_t fd=fork();
assert(fd >= 0);
if(fd == 0)
{
//关闭子进程读
close(pfd[0]);
//子进程通信代码
//子进程退出
exit(0);
}
//走到这里是父进程
close(pfd[1]);//关闭父进程写
//父进程通信代码
//回收子进程资源
return 0;
}
子进程写
这里想这样处理。把格式化的数据写到缓冲区,然后再由write()写到管道文件里。
snprintf:把格式化的数据放在大小为size的str数组里。
if(fd == 0)
{
//关闭子进程读
close(pfd[0]);
//子进程通信代码
const char* s="我是子进程,我正在给你发信息";
int cnt=0;
while(true)
{
cnt++;
char buffer[1024];
snprintf(buffer,sizeof buffer,"child->parent say: %s[%d][%d]",s,cnt,getpid());
//写
write(pfd[1],buffer,strlen(buffer));
sleep(2); //这里是一个细节,z子进程sleep
}
//子进程退出
close(pfd[1]);//子进程关闭写端
exit(0);
}
父进程读+回收子进程
//走到这里是父进程
close(pfd[1]);//关闭父进程写端
//父进程通信代码
while(true)
{
char buffer[1024];
ssize_t s=read(pfd[0],buffer,sizeof(buffer)-1); //我们期望读一个字符串,因此保留一个位置放/0
if(s>0) buffer[s]=0;
cout << "Get Message# " << buffer << " | my pid: " << getpid() << endl;
//细节父进程可没有sleep
}
close(pfd[0]);//关闭父进程读端
//回收子进程资源
pid_t id=waitpid(fd,nullptr,0);
assert(id == fd);
虽然父子进程都有buffer数组,但是我们有写时拷贝,所以没问题。
但是注意到我们的细节没有,子进程有sleep,父进程没有sleep。
//父进程通信代码
while(true)
{
char buffer[1024];
cout<<"AAAAAAAAAAA"<<endl;
ssize_t s=read(pfd[0],buffer,sizeof(buffer)-1); //我们期望读一个字符串,因此保留一个位置放/0
cout<<"BBBBBBBBBBB"<<endl;
if(s>0) buffer[s]=0;
cout << "Get Message# " << buffer << " | my pid: " << getpid() << endl;
//细节父进程可没有sleep
}
如果管道中没有了数据,读端在读,默认会直接阻塞当前正在读取的进程。
再看另一种情况。子进程一直再写,父进程一直不读。
//子进程通信代码
const char* s="我是子进程,我正在给你发信息";
int cnt=0;
while(true)
{
cnt++;
char buffer[1024];
snprintf(buffer,sizeof buffer,"child->parent say: %s[%d][%d]",s,cnt,getpid());
//写
write(pfd[1],buffer,strlen(buffer));
cout<<"count"<<cnt<<endl;
//sleep(10); //这里是一个细节,z子进程sleep
}
//父进程通信代码
while(true)
{
sleep(1000);
char buffer[1024];
cout<<"AAAAAAAAAAA"<<endl;
ssize_t s=read(pfd[0],buffer,sizeof(buffer)-1); //我们期望读一个字符串,因此保留一个位置放/0
cout<<"BBBBBBBBBBB"<<endl;
if(s>0) buffer[s]=0;
cout << "Get Message# " << buffer << " | my pid: " << getpid() << endl;
//细节父进程可没有sleep
}
管道是固定大小的缓冲区,写端写满的时候,再写会阻塞,等到对方进行读取。
另一种情况,写端写完内容关闭,等到读端读到文件结尾也关闭。
父进程针对这个情况的代码需要修改一下。
if(fd == 0)
{
//关闭子进程读
close(pfd[0]);
//子进程通信代码
const char* s="我是子进程,我正在给你发信息";
int cnt=0;
while(true)
{
cnt++;
char buffer[1024];
snprintf(buffer,sizeof buffer,"child->parent say: %s[%d][%d]",s,cnt,getpid());
//写
write(pfd[1],buffer,strlen(buffer));
cout<<"count: "<<cnt<<endl;
//sleep(10); //这里是一个细节,z子进程sleep
break;
}
//子进程退出
close(pfd[1]);//子进程关闭写端
cout<<"子进程关闭了写端"<<endl;
exit(0);
}
//父进程通信代码
while(true)
{
sleep(1000);
char buffer[1024];
//cout<<"AAAAAAAAAAA"<<endl;
ssize_t s=read(pfd[0],buffer,sizeof(buffer)-1); //我们期望读一个字符串,因此保留一个位置放/0
//cout<<"BBBBBBBBBBB"<<endl;
if(s>0)
{
buffer[s]=0;
cout << "Get Message# " << buffer << " | my pid: " << getpid() << endl;
//细节父进程可没有sleep
}
else if(s == 0)
{
//文件读到末尾
cout<<"read :"<<s<<endl;
break;
}
}
最后一种情况,读端关闭了,写端会怎么样呢?
读都关闭了,写什么都没有用了,因此OS会终止写端,OS会给写端发送信号,终止写端。
//回收子进程资源
int status=0;
pid_t id=waitpid(fd,&status,0);
assert(id == fd);
cout<<"pid->"<<id<<(status&0x7F)<<endl;
- 读慢,写快
- 读快,写慢
- 写关闭,读到0
- 读关闭,写? OS会终止写端。
管道特征:
- 管道的生命周期随进程(管道是基于文件的,进程退出会关闭文件)
2.管道可以用来进行具有血缘关系的进程之间进行通信,常用于父子通信
3.管道是面向字节流的。
4.管道是半双工的,数据只能向一个方向流动(单向通信);需要双方通信时,需要建立起两个管道。
5.内核会对管道操作进行同步与互斥,——对共享资源进行保护的方案。
5.进程池
现在我们需求是写一个进程池,用一个进程随意控制其他进程,让另一个进程来按照我的要求去完成特定的任务。
#include<iostream>
#include<vector>
#include<unistd.h>
#include<cassert>
using namespace std;
///任务/
//func_t 是一个函数指针 ,typedef之后这是一个函数指针类型
typedef void(*func_t)();
void DownloadTask()
{
cout<<"下载任务"<<endl;
sleep(1);
}
void IOTask()
{
cout<<"IO任务"<<endl;
sleep(1);
}
void FFlushTask()
{
cout<<"刷新任务"<<endl;
sleep(1);
}
void LoadTask(vector<func_t>& ff)
{
assert(&ff != nullptr);
ff.push_back(DownloadTask);
ff.push_back(IOTask);
ff.push_back(FFlushTask);
}
int main()
{
//创建任务对象
vector<func_t> funMap;
//上传任务
LoadTask(funMap);
return 0;
}
2.创建多个子进程,但是父进程要给子进程发送任务指令,我们要知道给那个子进程发,因此再创建一个vector对象,记录父进程写端fd,子进程fd,为了一会看的清楚父进程给那个子进程发送,再增加一个string对象记录信息。让父子进程有对应关系。
class subEP
{
public:
subEP(pid_t subfd,int writefd)
:_subfd(subfd)
,_writefd(writefd)
{
char buffer[1024];
snprintf(buffer,sizeof buffer,"process->%d[pid(%d)-fd(%d)]",cnt++,_subfd,_writefd);
_name=buffer;
}
public:
static int cnt;
string _name;
pid_t _subfd;
int _writefd;
};
int subEP::cnt=0;
int main()
{
//创建任务对象
vector<func_t> funMap;
//上传任务
LoadTask(funMap);
//创建子进程,并维护好父子间通信信道
//创建对象
vector<subEP> subs;
return 0;
}
创建多个子进程,并且父子进程关系记录下来。
void CreateSubProcess(vector<subEP>& sub,vector<func_t> func)
{
//Pro_NUM是创建几个子进程
for(int i=0;i<Pro_NUM;++i)
{
//创建管道
int pipefd[2];
int n=pipe(pipefd);
assert(n == 0);
(void)n;
//创建子进程
pid_t fd=fork();
if(fd == 0)
{
//走到这里是子进程
close(pipefd[1]);//关闭写
//子进程处理任务
}
//关闭读
close(pipefd[0]);
subEP ss(fd,pipefd[1]);
sub.push_back(ss);
}
}
父进程控制子进程,负载均衡的向子进程发送命令码,使每个子进程都可能处理任务。
void SendTask(const subEP& process,int tasknum)
{
cout<<"send task num: "<<tasknum<<"send to: "<<process._name<<endl;
//父进程发的是4字节的任务码
ssize_t n=write(process._writefd,&tasknum,sizeof tasknum);
assert(n == sizeof(int));
(void)n;
}
void loadBlanceContrl(vector<subEP>& sub,vector<func_t> func)
{
int processnum=sub.size();
int funcnum=func.size();
//让每个子进程都可能被选,因此加一个随机数
while(true)
{
//选某个子进程
int subidx=rand()%processnum;
//选某个任务
int taskidx=rand()%funcnum;
//发送任务
SendTask(sub[subidx],taskidx);
}
//走到这里关闭写write quit read-->0
for(int i=0;i<processnum;++i)
{
close(sub[i]._writefd);
}
}
子进程处理任务
int recTask(int readFd)
{
int code=0;
ssize_t n=read(readFd,&code,sizeof code);
assert(n == sizeof(int));
(void)n;
if(n == 4)
return code;
else if (n <= 0)
return -1;
else
return 0;
}
void CreateSubProcess(vector<subEP>& sub,vector<func_t> func)
{
for(int i=0;i<Pro_NUM;++i)
{
//创建管道
int pipefd[2];
int n=pipe(pipefd);
assert(n == 0);
(void)n;
//创建子进程
pid_t fd=fork();
if(fd == 0)
{
//子进程
close(pipefd[1]);//关闭写
//子进程处理任务
while(true)
{
int Commande=recTask(pipefd[0]);
if(Commande >= 0 && Commande < func.size())
func[Commande]();
else if(Commande == -1)//读到文件结尾
break;
}
exit(0);
}
//关闭读
close(pipefd[0]);
subEP ss(fd,pipefd[1]);
sub.push_back(ss);
}
}
回收子进程资源
void waitprocess(vector<subEP> sub)
{
for(int i=0;i<sub.size();++i)
{
waitpid(sub[i]._subfd,nullptr,0);
cout << "wait sub process success ...: " << sub[i]._subfd << endl;
}
}
这里我想给通信过程添加一个次数。所以在修改一下代码。
如果是0就一直通信。
void loadBlanceContrl(vector<subEP>& sub,vector<func_t>& func,int& count)
{
int processnum=sub.size();
int funcnum=func.size();
//控制通信次数
bool flage=(count == 0? true:false);
//让每个子进程都可能被选,因此加一个随机数
while(true)
{
//选某个子进程
int subidx=rand()%processnum;
//选某个任务
int taskidx=rand()%funcnum;
//发送任务
SendTask(sub[subidx],taskidx);
sleep(2);
if(!flage)
{
count--;
if(count == 0)
break;
}
}
//走到这里关闭写 write quit,read->0
for(int i=0;i<processnum;++i)
{
close(sub[i]._writefd);
}
}
虽然结果都能符合我们的预期,但是我们在创建子进程的时候有bug。虽然没有报错。
void CreateSubProcess(vector<subEP>& sub,vector<func_t> func)
{
for(int i=0;i<Pro_NUM;++i)
{
//创建管道
int pipefd[2];
int n=pipe(pipefd);
assert(n == 0);
(void)n;
//创建子进程
pid_t fd=fork();
if(fd == 0)
{
//子进程
close(pipefd[1]);//关闭写
//子进程处理任务
while(true)
{
int Commande=recTask(pipefd[0]);
if(Commande >= 0 && Commande < func.size())
func[Commande]();
else if(Commande == -1)//读到文件结尾
break;
}
exit(0);
}
//关闭读
close(pipefd[0]);
subEP ss(fd,pipefd[1]);
sub.push_back(ss);
}
}
代码看着没错,我们画图分析一下。
我们的父子进程就不是一一对应的关系了。
再关闭文件的时候虽然代码是从上往下关的。
//走到这里关闭写 write quit,read->0
for(int i=0;i<processnum;++i)
{
close(sub[i]._writefd);
}
但是真实情况是从下到上关的。
这里解决方法是每次在创建子进程的时候,手动关闭子进程拷贝过来的上一层写端。
void CreateSubProcess(vector<subEP>& sub,vector<func_t> func)
{
for(int i=0;i<Pro_NUM;++i)
{
//创建管道
int pipefd[2];
int n=pipe(pipefd);
assert(n == 0);
(void)n;
//创建子进程要删除上一层写端的对象
vector<int> deletefd;
//创建子进程
pid_t fd=fork();
if(fd == 0)
{
for(int i=0;i<deletefd.size();++i)
{
close(deletefd[i]);
}
//子进程
close(pipefd[1]);//关闭写
//子进程处理任务
while(true)
{
int Commande=recTask(pipefd[0]);
if(Commande >= 0 && Commande < func.size())
func[Commande]();
else if(Commande == -1)//读到文件结尾
break;
}
exit(0);
}
//关闭读
close(pipefd[0]);
subEP ss(fd,pipefd[1]);
sub.push_back(ss);
deletefd.push_back(pipefd[1]);
}
}
希望这一小段代码能够更加深对匿名管道的理解。
5.1进程池完整代码
#include<iostream>
#include<vector>
#include<unistd.h>
#include<cassert>
#include<cstdlib>
#include<ctime>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#define Pro_NUM 5
using namespace std;
///任务/
//func_t 是一个函数指针 ,typedef之后这是一个函数指针类型
typedef void(*func_t)();
void DownloadTask()
{
cout<<"下载任务"<<endl;
sleep(1);
}
void IOTask()
{
cout<<"IO任务"<<endl;
sleep(1);
}
void FFlushTask()
{
cout<<"刷新任务"<<endl;
sleep(1);
}
void LoadTask(vector<func_t>& ff)
{
assert(&ff != nullptr);
ff.push_back(DownloadTask);
ff.push_back(IOTask);
ff.push_back(FFlushTask);
}
///下面是一个多进程///
class subEP
{
public:
subEP(pid_t subfd,int writefd)
:_subfd(subfd)
,_writefd(writefd)
{
char buffer[1024];
snprintf(buffer,sizeof buffer,"process->%d[pid(%d)-fd(%d)]",cnt++,_subfd,_writefd);
_name=buffer;
}
public:
static int cnt;
string _name;
pid_t _subfd;
int _writefd;
};
int subEP::cnt=0;
int recTask(int readFd)
{
int code=0;
ssize_t n=read(readFd,&code,sizeof code);
assert(n == sizeof(int));
(void)n;
if(n == 4)
return code;
else if (n <= 0)
return -1;
else
return 0;
}
void CreateSubProcess(vector<subEP>& sub,vector<func_t> func)
{
for(int i=0;i<Pro_NUM;++i)
{
//创建管道
int pipefd[2];
int n=pipe(pipefd);
assert(n == 0);
(void)n;
vector<int> deletefd;
//创建子进程
pid_t fd=fork();
if(fd == 0)
{
for(int i=0;i<deletefd.size();++i)
{
close(deletefd[i]);
}
//子进程
close(pipefd[1]);//关闭写
//子进程处理任务
while(true)
{
int Commande=recTask(pipefd[0]);
if(Commande >= 0 && Commande < func.size())
func[Commande]();
else if(Commande == -1)//读到文件结尾
break;
}
exit(0);
}
//关闭读
close(pipefd[0]);
subEP ss(fd,pipefd[1]);
sub.push_back(ss);
deletefd.push_back(pipefd[1]);
}
}
void SendTask(const subEP& process,int tasknum)
{
cout<<"send task num: "<<tasknum<<"send to: "<<process._name<<endl;
//父进程发的是4字节的任务码
ssize_t n=write(process._writefd,&tasknum,sizeof tasknum);
assert(n == sizeof(int));
(void)n;
}
void loadBlanceContrl(vector<subEP>& sub,vector<func_t>& func,int& count)
{
int processnum=sub.size();
int funcnum=func.size();
bool flage=(count == 0? true:false);
//让每个子进程都可能被选,因此加一个随机数
while(true)
{
//选某个子进程
int subidx=rand()%processnum;
//选某个任务
int taskidx=rand()%funcnum;
//发送任务
SendTask(sub[subidx],taskidx);
sleep(2);
if(!flage)
{
count--;
if(count == 0)
break;
}
}
//走到这里关闭写 write quit,read->0
for(int i=0;i<processnum;++i)
{
close(sub[i]._writefd);
}
}
void waitprocess(vector<subEP> sub)
{
for(int i=0;i<sub.size();++i)
{
waitpid(sub[i]._subfd,nullptr,0);
cout << "wait sub process success ...: " << sub[i]._subfd << endl;
}
}
int main()
{
//生成随机数种子
srand((unsigned int)time(nullptr));
//创建任务对象
vector<func_t> funMap;
//上传任务
LoadTask(funMap);
//创建子进程,并维护好父子间通信信道
vector<subEP> subs;
CreateSubProcess(subs,funMap);
//走到这里是父进程,控制子进程,负载均衡的向子进程发送命令码
int count=5;
loadBlanceContrl(subs,funMap,count);
//回收子进程资源
waitprocess(subs);
return 0;
}
6.命名管道
命名管道—–>毫不相干的进程进行通信。
现在见识一下命令行式的管道。
mkfifo name_pipe //创建命名管道
p代表管道文件。
左右属于不同的进程(没有血缘关系),成功让他们进行了通信。
可以让不同进程打开指定名称(路径+文件名)的同一个文件。
文件唯一性=路径+文件名
创建管道
#include<iostream>
#include<string>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<cassert>
#include<cstring>
#include<unistd.h>
#include<cstring>
#define NAME_PIPE "mypipe.txt"
using namespace std;
//创建管道
bool Createpipe(const string& p)
{
//这里我们想要创建出的文件的权限就是0666,
umask(0);
int n=mkfifo(p.c_str(),0666);
if(n == 0)
{
return true;
}
else
{
cout<<"errno: "<<errno<<"err string: "<<strerror(errno)<<endl;
return false;
}
}
删除管道
//删除管道
void RemovePipe(const string& p)
{
int n=unlink(p.c_str());
assert(n == 0);
(void)n;
}
写端
#include"comm.hpp"
int main()
{
bool flage=Createpipe(NAME_PIPE);
assert(flage);
(void)flage;
int wfd=open(NAME_PIPE,O_WRONLY|O_TRUNC);
if(wfd<0)
exit(1);
char buffer[1024];
while(true)
{
cout<<"Play Say#";
fgets(buffer,sizeof buffer,stdin);
if(strlen(buffer) > 0) //假设输入abcd后面肯定跟n--->abcdn,想把n去掉
buffer[strlen(buffer)-1]=0;
ssize_t n=write(wfd,buffer,strlen(buffer));
assert(n == strlen(buffer));
(void)0;
}
close(wfd);
RemovePipe(NAME_PIPE);
return 0;
}
读端
#include"comm.hpp"
int main()
{
int rfd=open(NAME_PIPE,O_RDONLY);
if(rfd < 0)
exit(1);
char buffer[1024];
while(true)
{
ssize_t n=read(rfd,buffer,sizeof(buffer)-1);
if(n>0)
{
buffer[n]=0;
cout<<"send->receive# :"<<buffer<<endl;
}
else if(n == 0)
{
cout<<"send quit , Me too"<<endl;
break;;
}
else
{
cout<<"error string: "<<strerror(errno)<<endl;
break;
}
}
close(rfd);
return 0;
}
这里有一个细节的地方。
两个进程(或写端/读端)都必须同时打开文件,此时才能往后继续进行。
原文地址:https://blog.csdn.net/fight_p/article/details/134333333
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