linux学习---linux基于文件的IPC（匿名管道pipe，命名管道mkfifo,普通文件，socket文件）

常用的IPC分为两个类别，一是基于文件，而是基于内存基于文件的分别有匿名管道，有名管道，普通的文件共享，socket文件基于内存的有普通内存共享（本文章没有介绍），共享内存，共享信号量，消息队列如果要看基于内存的IPC，请参考：http://blog.csdn.net/xiaoxiaopengbo/article/details/78431042本文就针对linux基于文件的IPC

一.匿名管道pipe

管道是一种最基本的IPC机制，作用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。调用pipe系统函数即可创建一个管道。有如下特质：1. 其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)2. 由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。3. 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出。管道的原理: 管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。管道的局限性：1） 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。2） 由于管道采用半双工通信方式。因此，数据只能在一个方向上流动。3）只能在有公共祖先的进程间使用管道。常见的通信方式有，单工通信、半双工通信、全双工通信。函数原形#include <unistd.h>int pipe(int pipefd[2]);  返回值  成功：0；失败：-1，设置errnoPipefd参数是一个入参，函数调用成功返回r/w两个文件描述符。无需open，但需手动close。规定：fd[0]→ r； fd[1] → w，就像0对应标准输入，1对应标准输出一样。向管道文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。有记下几种编程模型：单进程半双工，父子进程半双工下图是单进程的半双工编程模型，并附带程序源码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    intfd[2];
    intr;
    charbuf[40];
    printf("%d\n",getpid());
    r=pipe(fd);
    write(fd[1],"hello",5);
    write(fd[1],"world",5);
   
    r=read(fd[0],buf,20);
    buf[r]=0;
    printf("1::%s\n",buf);
    write(fd[1],"Iam writing to pipe",strlen("I am writing to pipe"));
    r=read(fd[0],buf,20);
    buf[r]=0;
    printf("2::%s\n",buf);
   
    r=read(fd[0],buf,20);
    buf[r]=0;
    printf("3::%s\n",buf);
   
    while(1);
}
执行结果

结论：此程序证明了第一点局限数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。但是这种编程模型基本没有用途下面来看看另外一种编程模型，父子进程之前的半双工，同样源码如下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
int main(void)
{
    int    n;
    int    fd[2];
    pid_t  pid;
    char   line[20]={0};
 
    if(pipe(fd) < 0)
       printf("pipeerr:%m\n");
    if((pid = fork()) < 0) {
       printf("forkerr:%m\n");
    }else if (pid > 0) {       /* parent */
       close(fd[0]);
       write(fd[1],"hello world\n", 12);
    }else {                 /* child */
       close(fd[1]);
       n= read(fd[0], line, 20);
       printf("%s\n",line);
    }
    exit(0);
}
运行结果

二.有名管道FIFO

上面的匿名管道的缺点其实是很明显的，虽然可以进程间通信，但是只局限于有血缘关系的进程间通信，但是如果我想两个独立的进程用管道来通信呢？有名管道FIFO就有了用武的地方了创建有名管道函数原形#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>int mkfifo(const char *pathname, mode_tmode);返回值 返回值  成功：0；失败：-1，设置errno程序源码，创建两个文件fifoA.c fifoB.c分别编译为A,BfifoA.c#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
int fd;
int i=0;
void end(int s)
{
    printf("catchctrl+c signal\n");
    //closepipe
    close(fd);
    //deletepipe
    unlink("my.pipe");
    exit(-1);
}
int main()
{
    signal(SIGINT,end);
    //createpipe file
    mkfifo("my.pipe",0666);
    //openpipe file
    fd=open("my.pipe",O_RDWR);
    //writedata per 1 sec
    while(1)
    {
       sleep(1);
       write(fd,&i,4);
       i++;
    }  
}
fifoB.c#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
int fd;
int i;
void end(int s)
{
    printf("catchctrl+c signal\n");
    //closepipe
    close(fd);
    exit(-1);
   
}
int main()
{
    signal(SIGINT,end);
    //openpipe file
    fd=open("my.pipe",O_RDWR);
    //readdata
    while(1)
    {
       read(fd,&i,4);
       printf("%d\n",i);
    }
}
先运行fifoA.c的程序，发现就会创建一个

此时运行B程序，发现数据并没有丢失，一下会把之前的都打印出来另外需要注意的是：FIFO和pipe一样，数据不会重复读出

三.基于文件共享的IPC

源码：分别有procA.c procB.c，分别编译成A,B可以执行程序ProcA.c#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
main()
{
    int*p;
    intfd;
    inti;
    fd=open("tmp",O_RDWR|O_CREAT,0666);
    ftruncate(fd,4);
    p=mmap(0,4,PROT_READ|PROT_WRITE,
           MAP_SHARED,fd,0);
    i=0;      
    while(1)
    {
       sleep(1);
       *p=i;
       i++;
    }
    close(fd);
}
ProcB.c#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>e
#include <sys/mman.h>
main()
{
    int*p;
    intfd;   
    fd=open("tmp",O_RDWR);  
    p=mmap(0,4,PROT_READ|PROT_WRITE,
           MAP_SHARED,fd,0);
    while(1)
    {
       sleep(1);
       printf("%d\n",*p);
    }
    close(fd);
}
运行结果A程序每隔1s写一次数，写的数每次+1运行B程序如图

发现还是结果会丢失的

四.socket文件的IPC

socket网络编程可能使用得最多，经常用在网络上不同主机之间的通信。其实在同一主机内通信也可以使用socket来完成，socket进程通信与网络通信使用的是统一套接口，只是地址结构与某些参数不同。在使用socket创建套接字时通过指定参数domain是af_inet（ipv4因特网域）或af_inet6（ipv6因特网域）或af_unix（unix域）来实现。函数原形#include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>int socket(int domain, int type, intprotocol);第一个参数demain是协议簇Name                Purpose                          Man pageAF_UNIX, AF_LOCAL   Local communication              unix(7)AF_INET             IPv4 Internet protocols          ip(7)AF_INET6            IPv6 Internet protocols          ipv6(7)AF_IPX              IPX - Novell protocolsAF_NETLINK          Kernel user interface device     netlink(7)AF_X25              ITU-T X.25 / ISO-8208protocol   x25(7)AF_AX25             Amateur radio AX.25 protocolAF_ATMPVC           Access to raw ATM PVCsAF_APPLETALK        Appletalk                        ddp(7)AF_PACKET           Low level packet interface       packet(7)一般常用的就是前三个Type参数有以下几个选择SOCK_STREAM     Provides sequenced, reliable, two-way,connection-based                       byte  streams. An out-of-band data transmission mecha‐                       nism may be supported.SOCK_DGRAM      Supports datagrams (connectionless,unreliable messages                       of a fixed maximumlength).SOCK_SEQPACKET  Provides a  sequenced,  reliable, two-way connection-                       based data transmissionpath  for datagrams  of  fixed                       maximum  length; a  consumer  is required  to read  anentire packet with each input system call.SOCK_RAW        Provides raw network protocol access.SOCK_RDM        Provides a reliable datagram layer thatdoes not  guar‐antee ordering. SOCK_PACKET     Obsolete and  should  not be used in new programs; see packet(7).第三个参数很少用，一般通过前两个参数就能确定要传输的协议，我通常都设为0返回值  成功：返回文件描述符；失败：-1，设置errno直接贴两个进程间通讯的socketA.c socketB.csocketA.c#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/un.h>
 
int main()
{
    intfd;
    intr;
    charbuf[200];
    //1.建立socket
    fd=socket(AF_UNIX,SOCK_DGRAM,0);
    if(fd==-1)printf("socketerr:%m\n"),exit(-1);
    printf("socket成功\n");
    //2.构造本地文件地址
    structsockaddr_un addr={0};
    addr.sun_family=AF_UNIX;
    memcpy(addr.sun_path,"my.sock",strlen("my.sock"));
    //3.把socket绑定在地址上
    r=bind(fd,(structsockaddr*)&addr,sizeof(addr));
    if(r==-1)printf("binderr:%m\n"),exit(-1);
    printf("地址绑定成功\n");
    //4.接受数据
    bzero(buf,sizeof(buf));
    r=read(fd,buf,sizeof(buf));
    printf("%s\n",buf);
    //5.关闭通道
    close(fd);
    //6.删除socket文件
    unlink("my.sock");
}
socketB.c#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/un.h>
 
int main()
{
    intfd;
    intr;
    charbuf[200];
    structsockaddr_un addr={0};
    //1.建立socket
    fd=socket(AF_UNIX,SOCK_DGRAM,0);
    if(fd==-1)printf("socketerr:%m\n"),exit(-1);
    printf("socket成功\n");
    //2.链接到指定地址
    addr.sun_family=AF_UNIX;
    memcpy(addr.sun_path,"my.sock",strlen("my.sock"));
    r=connect(fd,(structsockaddr*)&addr,sizeof(addr));
    if(r==-1)printf("binderr:%m\n"),exit(-1);
    printf("地址连接成功\n");
    //3.发送数据
    write(fd,"hello!",strlen("hello"));
 
    //4.关闭通道
    close(fd);
}
运行结果

下面举一个网络通信的socket，编程模型是一致的，ipA.c ipB.cipA.c#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/un.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
    intfd;
    intr;
    charbuf[200];
    //1.建立socket
    fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(fd==-1)printf("socketerr:%m\n"),exit(-1);
    printf("socket成功\n");
    //2.构造本地文件地址
    structsockaddr_in addr={0};
    addr.sin_family=AF_INET;
    addr.sin_port=htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.102");
    //3.把socket绑定在地址上
    r=bind(fd,(structsockaddr*)&addr,sizeof(addr));
    if(r==-1)printf("binderr:%m\n"),exit(-1);
    printf("地址绑定成功\n");
    //4.接受数据
    bzero(buf,sizeof(buf));
    r=read(fd,buf,sizeof(buf));
    printf("%s\n",buf);
    //5.关闭通道
    close(fd);
    //6.删除socket文件
}ipB.c#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/un.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
    intfd;
    intr;
    charbuf[200];
    //1.建立socket
    fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(fd==-1)printf("socketerr:%m\n"),exit(-1);
    printf("socket成功\n");
    //2.构造本地文件地址
    structsockaddr_in addr={0};
    addr.sin_family=AF_INET;
    addr.sin_port=htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.102");
    //3.把socket绑定在地址上
    r=connect(fd,(structsockaddr*)&addr,sizeof(addr));
    if(r==-1)printf("binderr:%m\n"),exit(-1);
    printf("地址绑定成功\n");
    //4.接受数据
    write(fd,"hello!",strlen("hello"));
    //5.关闭通道
    close(fd);
    //6.删除socket文件
}
运行结果是和上面的类似的