Linux下进程间管道通信

一.进程间通信概述：

进程间通信IPC（Interprocess Communication）是在Linux/UNIX下编程经常会碰到的问题，它的实际意义在于怎么样让多个进程可以互相的访问数据。在Linux/UNIX环境下可以由多种方式来实现上述的问题，

二. 进程间管道通信理解

一般来说，linux下的进程包含以下几个关键要素：

有一段可执行程序；

有专用的系统堆栈空间；

内核中有它的控制块（进程控制块），描述进程所占用的资源，这样，进程才能接受内核的调度；

具有独立的存储空间

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：



其
中，最初Unix IPC包括：管道、FIFO、信号；System V IPC包括：System V消息队列、System
V信号灯、System V共享内存区；Posix IPC包括：
Posix消息队列、Posix信号灯、Posix共享内存区。有两点需要简单说明一下：1）由于Unix版本的多样性，电子电气工程协会（IEEE）开
发了一个独立的Unix标准，这个新的ANSI
Unix标准被称为计算机环境的可移植性操作系统界面（PSOIX）。现有大部分Unix和流行版本都是遵循POSIX标准的，而Linux从一开始就遵
循POSIX标准；2）BSD并不是没有涉足单机内的进程间通信（socket本身就可以用于单机内的进程间通信）。事实上，很多Unix版本的单机
IPC留有BSD的痕迹，如4.4BSD支持的匿名内存映射、4.3+BSD对可靠信号语义的实现等等。

图一给出了
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。

linux下进程间通信的几种主要手段简介：

管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；

信
号（Signal）：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了
支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了
实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数）；

报文
（Message）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system
V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字
节流以及缓冲区大小受限等缺点。

共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。

信号量（semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

套接口（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在一般可以移植到其它类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

三. 进程间通信实例

1.linux下管道通信实例：

/*说明：一次作业，目的是了解Linux下进程和进程间通过管道通信

*         没考虑复杂算法和其他一些可能出现的问题

*功能：统计2个文本文件的字数和，2个参数分别为两文件名

*描述：父进程启动，开启子进程，子进程统计一个文本的字数，

*         待子进程结束，父进程统计另一个，在父进程中计算和打印统计结果

*/

#include
<
unistd
.
h

>

#include
<
stdio
.
h
>

#include
<
stdlib
.
h
>

int
count
(
FILE
*);

int
main
(
int
argc
,
char
*
argv
[])

{

    
int
num1
,
num2
,
totalnum
;    
//文件1，文件2，中的字数和总字数

        
FILE
*
fpin1
,*
fpin2
;
//两个文件指针

        
if
(
argc
==
3
)

     {

        
fpin1
=
fopen
(
argv
[
1
],
"r"
);

        
fpin2
=
fopen
(
argv
[
2
],
"r"
);

     }

    
else if
(
argc
>
3
)

        
printf
(
"Too many args!!/n"
);

    
else

        
printf
(
"Input a file two file names to count their total words!!/n"
);

    
pid_t child
;

    
int
status
;

    
int
fds
[
2
];

    
int
buf1
[
1
],
buf2
[
1
];

    
pipe
(
fds
);  
//开启管道

        
if
((
child
=
fork
())==-
1
)

     {

        
perror
(
"fork"
);

        
exit
(
EXIT_FAILURE
);

     }

    
else if
(
child
==
0
)
//子进程

        
{

        
close
(
fds
[
0
]);

        
buf1
[
0
]=
count
(
fpin1
);

        
write
(
fds
[
1
],
buf1
,
sizeof
(
int
));    
//结果写入管道

                
exit
(
1
);

     }

    
else
//父进程

        
{

        
wait
(
0
);  
//等待子进程结束

                
read
(
fds
[
0
],
buf2
,
sizeof
(
int
));
//从管道中读子进程返回结果

                
num1
=
buf2
[
0
];

        
num2
=
count
(
fpin2
);

        
totalnum
=
num1
+
num2
;

        
printf
(
"There are %d words in file1/n"
,
num1
);

        
printf
(
"There are %d words in file2/n"
,
num2
);

        
printf
(
"There are %d words in total/n"
,
totalnum
);

        
exit
(
1
);

     }

    
//关闭文件

        
fclose
(
fpin1
);

    
fclose
(
fpin2
);

    
return
0
;

}

//文件字数统计函数

int
count
(
FILE
*
fpin
)

{

    
int
num
=
0
;

    
char
ch
;

    
int
start
=
0
;
//字是否开始

        
int
end
=
0
;     
//字是否结束

        
while
(!
feof
(
fpin
))

     {

        
ch
=
getc
(
fpin
);

        
if
((
ch
>=
65
&&
ch
<=
90
)||(
ch
>=
97
&&
ch
<=
122
))
//字以字母开头

                        
start
=
1
;

        
if
(
ch
==
10
||
ch
==
13
||
ch
==
9
||
ch
==
32
)  
//字以换行，回车，指标符，空格结束

                        
end
=
1
;

        
if
(
start
==
1
&&
end
==
1
)
//字开始并结束了字数加1

                
{

            
num
++;

            
start
=
0
;
//清0准备下一个统计

                        
end
=
0
;

         }

     }

    
return
num
;

}

 

参考资料：

1。http://hi.baidu.com/yangxiang/blog/item/22a1a18b5a80ba7e9e2fb49d.html

2。http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/