3. 进程间通信

管道的进程具有独立性的

一个进程挂掉，不影响另一个进程， 可会增加通信的成本

要让两个不同的进程进行通信，前提条件是：先让两个进程看到同一份 资源

在操作系统内创建一份公共的资源，既不属于进程A，又不属于进程B，进程A能看到资源，进程B也能看到资源

把进程A生产的数据放入 资源中 ，进程B就可以拿到数据放入自己的上下文中

1. 简单举例

who

查看当前用户哪一个处于登录状态

wc 统计文本行有多少行的命令

who | wc -l 统计当前正在登录用户的个数

who进程 以写方式打开文件

wc -l 进程 以读方式 打开文件

who进程将自己的标准输出重定向到管道中

wc -l 进程将自己的标准输入重定向到管道中

2.管道原理

每一个进程被创建时都有自己的文件描述符表

1. 新创建的文件被打开时，有自己的缓冲区，它是由操作系统提供的纯纯的内存文件，不需要将自己的内容刷新到磁盘中 ， 以读方式和写方式分别打开同一个文件

2. 当前进程进行一次fork

操作系统会为子进程创建PCB结构，操作系统也会把文件描述符表拷贝给子进程

父进程打开的文件内容不需要再次拷贝给子进程

因为是创建子进程，是需要把进程相关的内核数据结构拷贝就可以了，右侧属于文件系统，属于操作系统在内存中打开的文件

文件描述表中保存的是文件的地址，所以依旧会指向父进程所对应的文件

管道只支持单向通信

确定数据流向，关闭关闭不需要的fd

若想要子进程进行写入，父进程进行读取，关闭子进程对应的读端，以及父进程的写端

此时就可以正常通信了

为什么把读写都打开，只打开读或者写不可以吗？

若只打开读方式打开，则被子进程继承下去后依旧是只能以读方式打开，无法进行数据交互的

3. 通过父子进程理解管道

在vscode中 点击新建文件夹，即可创建目录 pipe

在目录pipe上 点击右键 新建文件 ，即可 生成 pipe.cc(cc结尾代表cpp） 的文件

1. 创建匿名管道

pipe 作用是 创建一个无名管道

pipe函数 参数是两个元素的数组

参数作为输出型参数

要一次获得该管道文件的读和写，对应的是两个文件描述符，需要将两个文件描述符的数字返回

pipe的参数是一个数组，实际上传入的是数组首元素的地址

若返回值小于0，则通过errno(出错码)来得到出错结果

strerror 将错误码转换成错误码描述的

最终发现打印出来的结果 为 3 与 4 ，正好对应 数组中下标 3与4的位置

系统调用为什么可以使用c语言的errno

正常来说，是调用c语言接口出错了，才调用的errno 或者 strerror的

为什么调用系统调用接口时，也会使用 errno来说明错误的原因

系统调用接口是由系统使用c语言的一套软件

2.创建子进程以及通信

关闭不需要的fd，让父进程进行读取，让子进程进行写入

一般认为pipefd[0] 为读端 ， pipefd[1]为写端

用close来关闭文件描述符

所以关闭子进程的读端 ，关闭父进程的写端

将子进程变化的数据导给父进程

把namestr 字符串内容与 计数器 cnt 以及pid值 构建成一个字符串 打包给 父进程

使用snprintf函数 将amestr 字符串内容与 计数器 cnt 以及pid值写入buffer中，并规定传入buffer大小

c_str():返回const char*类型的指针

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

fd代表文件描述符

buf代表 缓冲区

count代表 缓冲区大小

使用write 将缓冲区的count大小的数据写入 fd中

将buffer中的所有数据都传入读端中

3. 父进程读取消息

使用write 将缓冲区的count大小的数据写入 fd中

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

从文件描述符fd中将我们想要的数据，按照数据块的方式读取出来

返回值代表多少字节，读取到文件结尾为0，失败为-1

read读取时并不会把buffer当作一个字符串，而我们要把buffer看作是一个字符串，所以要预留出\0的位置

即 sizeof(buffer)-1

将读端读取到buffer字符串的内容

4. 完整代码

#include<iostream>
#include<cerrno>//C++提供
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<cassert>
#include<string>
#include<cstdio>
#include<stdlib.h>
using namespace std;
int main()
{
    int pipefd[2]={0};
    //1.创建管道
   int n=pipe(pipefd);
   //返回值为0 则成功
   if(n<0)//说明出错
   {
     cout<<"pipe error,"<<errno<<": "<<strerror(errno)<<endl;
     return 1;
   }
   //返回0和1里面的文件描述符
   cout<<"pipefd[0]: "<<pipefd[0]<<endl;
   cout<<"pipefd[1]: "<<pipefd[1]<<endl;
    //2.创建子进程
     pid_t id=fork();
     assert(id!=-1);//返回-1，说明创建子进程失败
     if(id==0)
     {
        //子进程
        //让父进程进行读取，让子进程进行写入
        close(pipefd[0]);//关闭子进程的读端
        //开始通信
       const  string namestr="hello,我是子进程";
       int cnt=1;
       char buffer[1024];
        while(true)
        {
          snprintf(buffer,sizeof(buffer),"%s:计数器，PID:%d\n",namestr.c_str(),cnt++,getpid());
          write(pipefd[1],buffer,strlen(buffer));
        }
        close(pipefd[1]);//当子进程用完，就关闭      
        exit(0);//退出
     }
    //父进程
    //关闭不需要的fd (文件描述符)
    close(pipefd[1]);//关闭父进程的写端
    //4.开始通信
    char buffer[1024];
    while(true)
    {
     int n=read(pipefd[0],buffer,sizeof(buffer)-1);
     if(n>0)//读取成功
     {
           buffer[n]='\0';
           //由子进程传过来的消息
           cout<<"我是父进程:child send give message:"<<buffer<<endl;
     }
    }
      close(pipefd[0]);//关闭父进程的读端
   return 0;
}

4. 管道特点

1.单向通信

2.管道本质是文件，因为fd的声明周期随进程，管道的生命周期随进程的

3.管道通信 ，通常用来进行具有血缘关系的进程，来进行进程通信的，常用于父子通信

pipe打开管道，并不清楚管道的名字，被称为匿名管道

4.管道面向字节流（对写入和读取的次数无关)

5.具有一定的协同能力，让读端和写端能够按照一定的步骤进行通信

(若写端写满了，就需要等待读端读好才能继续写

当读端把管道的数据读完后，如果写端不发数据，读端只能等待)

5. 场景

1. 如果我们read读取完毕了所有的管道数据，如果对方不发，就只能等待

2. 如果写端将管道写满了，就不能再写了

3.若关闭写端，读取完毕管道数据，再读，就会read返回0，表明读到了文件结尾

4.写端一直写，读端关闭，没有意义操作系统不会维护无意义，低效率，或者浪费资源的事情，操作系统会通过信号来终止进程(13 SIGPIPE)