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linux进程通信：pipe实现进程同步

编程日记 2024-04-27 09:00:00

文章目录

- - - 通过管道同步进程
    - 实现代码
    - 管道缓冲区
    - 设置缓冲区大小
    - 总结：pipe的特点

通过管道同步进程

管道自带同步互斥机制：
- 管道的内核实现：fs/pipe.c ，主要通过内核的锁以及等待队列等机制实现
管道的write操作会阻塞进程
- 当内存缓冲区已满或被读进程锁定，会阻塞write操作
- 当所有数据被写入管道时write操作才会结束
管道的read操作会阻塞进程
- 当读进程被阻塞时会形成等待队列，并让等待队列进入休眠
- 当所有子进程关闭来管道的写入端的操作时会停止阻塞
- 父进程的写入端操作关闭时，父进程的读操作会停止阻塞
- 当所有当写端操作符都被关闭，且管道中当数据都被读出，对读端描述符调用read函数才会返回结束
- 当所有当读取端和写入端都关闭后，管道才能被销毁

实现代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>#define handle_error(msg)\
{perror(msg);exit(-1);}int main()
{int pipe_fd[2];int buf;printf("parent process(%d) run ...\n",getpid());if (pipe(pipe_fd) == -1)handle_error("pipe");for (int i = 0; i < 4; ++i) {int f;f = fork();if (f == -1)handle_error("fork");if(f == 0){//这里子进程先休眠，然后离开之前关闭所有的读管道if (close(pipe_fd[0]) == -1)_exit(-1);sleep(i * i);printf("child process(%d) closing pipe\n",getpid());if (close (pipe_fd[1]) == -1)_exit(-1);_exit(0);}}//在调用read系统调用之前一定要先关闭进程内所有的写管道，否则读会一直阻塞if (close(pipe_fd[1]) == -1)_exit(-1);// read系统调用正常读取文件会返回大于0都文件字节数。//但是当其读到EOF会返回0，标示读到结束标记//如果返回负数，则标示读取错误if (read(pipe_fd[0] ,&buf,1) != 0) perror("parent read can't get EOF");printf("parent process(%d) exited \n",getpid());return 0;
}

输出如下：

parent process(15454) run ...
child process(15455) closing pipe
child process(15456) closing pipe
child process(15457) closing pipe
child process(15458) closing pipe
parent process(15454) exited

管道缓冲区

管道对应缓冲区大小
- PIPE_BUF的容量是有限制的，默认64K
- 在不同的os下的PIPE_BUF大小设置不同：在limits.h头文件中定义
- 当写入管道当数据超过PIPE_BUF的时候内核会分割不同的几块进行传输
- 管道传输容量的缓冲区的容量上限设置不能超过1M
- 查看打开的管道文件:ls /proc/$pid/fd
  可以在如上代码中的子进程处理代码中的close(pipe_fd[1])之前加入阻塞while(1);
  可以看到父进程有如下文件描述符打开，因为阻塞的子进程中写文件描述符未关闭，所以父进程的读文件描述符未关闭
```
zhang@ubuntu:/proc/15521$ ls /proc/15691/fd/
0  1  2  3
```
子进程有如下文件描述符打开,因为子进程的写文件描述符关闭，所以4的描述符还存在
```
zhanghuigui@ubuntu:/proc/15521$ ls /proc/15692/fd/
0  1  2  4
```

设置缓冲区大小

特权用户：可以修改缓冲上限
设置缓冲区大小：fcntl(fd,F_SETPIPE_SZ,size)

总结：pipe的特点

无名管道是字节流
可通过文件I/O接口读写，但是无法lseek修改文件指针的偏移地址
单向阻塞通信：一端用于写入，一端用于读出。实现双向通信需要两个管道
通信简单，性能单一，只能在亲缘进程间通信

https://www.dkcj.cn/info/5292.html

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