Linux系统编程_进程间通信第1天：IPC、无名管道pipe和命名管道mkfifo（半双工）、消息队列msgget（全双工）

2023-10-19 15:52
文章标签 linux 系统 编程 间通信 进程 队列 管道 消息 ipc 命名 无名 pipe mkfifo 半双工 msgget 全双工

本文主要是介绍Linux系统编程_进程间通信第1天：IPC、无名管道pipe和命名管道mkfifo（半双工）、消息队列msgget（全双工），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1. 进程间通信概述（427.1）

在这里插入图片描述

2. 管道通信原理（428.2）

  • 进程间的五种通信方式介绍
    • https://blog.csdn.net/wh_sjc/article/details/70283843
  • 进程间通信（IPC，InterProcess Communication）：在不同进程之间传播或交换信息（*面试会问）
    • IPC的方式通常有管道（无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式

2.1 特点

  1. 它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。
  2. 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。
  3. 它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。

2.2 原型

#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);    // 返回值：若成功返回0，失败返回-1
  • 当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。如下图：
  • 要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。
    在这里插入图片描述

2.3 例子

  • 单个进程中的管道几乎没有任何用处。所以，通常调用 pipe 的进程接着调用 fork，这样就创建了父进程与子进程之间的 IPC 通道。如下图所示：
  • 若要数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（fd[0]）与子进程的写端（fd[1]）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程。

在这里插入图片描述

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>int main(){int fd[2];  // 两个文件描述符pid_t pid;char buff[20];if(pipe(fd) < 0)  // 创建管道printf("Create Pipe Error!\n");if((pid = fork()) < 0)  // 创建子进程printf("Fork Error!\n");else if(pid > 0){  // 父进程close(fd[0]);  // 关闭读端write(fd[1],"hello world\n",12);}else{			   //子进程close(fd[1]);  // 关闭写端read(fd[0],buff,20);printf("%s",buff);}return 0;
}

在这里插入图片描述

3. 管道编程实战（429.3）（无名管道）

  • IPC/demo1.c（无名管道，父进程向子进程写入字符串）
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>//标准c库 pipe fork
#include <string.h>
#include <stdlib.h>//标准c库 exit
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>//waitint main(){int fd[2];pid_t pid;char buf[128];
//	int pipe(int pipefd[2]);if(pipe(fd) == -1){   //创建管道printf("creat pipe failed\n");}pid = fork();         //创建子进程if(pid<0){printf("creat child failed\n");}else if(pid > 0){     //父进程sleep(3);		  //休眠确保子进程先运行，到read时阻塞，3s后父进程往下走printf("this is father\n");close(fd[0]); //关闭读端write(fd[1],"hello from father",strlen("hello form father"));wait(NULL);}else{		      //子进程printf("this is child\n");close(fd[1]); //关闭写端read(fd[0],buf,128);printf("read from father: %s\n",buf);exit(0);}return 0;
}

在这里插入图片描述

4. 创建命名管道（4）

FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型（半双工）

4.1 特点

  • FIFO 可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。
  • FIFO 有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

4.2 原型

#include <sys/stat.h>
// 返回值：成功返回0，出错返回-1
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
  • 其中的 mode 参数与 open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。
  • 当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（O_NONBLOCK）的区别：
    • 若没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。
    • 若指定了O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO。

4.3 例子

  • FIFO 的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过 FIFO 类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO 管道中同时清除数据，并且“先进先出”。下面的例子演示了使用 FIFO 进行 IPC 的过程：
  • IPC/demo2.c（仅创建）
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>//mkfifo的int main(){//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);mkfifo("./file",0600);//创建管道，权限为可读可写return 0;
}
  • IPC/demo3.c（简单调试：文件已存在，错误）
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>int main(){//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);int ret = mkfifo("./file",0600);if(ret == 0){printf("mkfifo suscceess\n");}if(ret == -1){printf("mkfifo failed\n");perror("why");}		return 0;
}

在这里插入图片描述

  • IPC/demo4.c（效果同demo3）
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include<errno.h>int main(){
//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);if( (mkfifo("./file",0600) == -1) && errno==EEXIST){printf("mkfifo failed\n");perror("why");}else{if(errno= =EEXIST){printf("file exists\n");}elseprintf("mkfifo suscceess\n");}		return 0;
}

在这里插入图片描述

  • IPC/demo5.c（创建管道，且只有在错误不是 EEXIST 时才打印错误消息）
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include<errno.h>int main(){
//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);if( (mkfifo("./file",0600) == -1) && errno!=EEXIST){//只有在错误不是 EEXIST 时才打印错误消息perror("mkfifo failed");}return 0;
}

5. 命名管道的数据通信编程实现（430.5）

  • IPC/demo6.c（没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO）
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include<errno.h>
#include <fcntl.h>int main(){
//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);if( (mkfifo("./file",0600) == -1) && errno!=EEXIST){printf("mkfifo failuer\n");perror("why");}int fd = open("./file",O_RDONLY);//若没有指定O_NONBLOCK（默认）printf("open success\n");//只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO//close(fd);return 0;
}
  • IPC/writedemo6.c（没有指定O_NONBLOCK（默认），只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它）
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include<errno.h>
#include <fcntl.h>int main(){int fd = open("./file",O_WRONLY);//若没有指定O_NONBLOCK（默认）printf("write open success\n");//只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它//close(fd);return 0;
}
  • IPC/read.c（读5次）
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h> // O_WRONLY open
#include <string.h>//strlen
#include <unistd.h>//write
//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
int main(){char buf[30] = {0};//int nread = 0;int cnt = 0;if( (mkfifo("./file",0600) == -1) && errno!=EEXIST){//创建fifo管道printf("mkfifo failed\n");perror("why");}int fd = open("./file",O_RDONLY);printf("open success\n");while(1){int nread = read(fd,buf,30);//读内容printf("read %d byte from fifo,context:%s\n",nread,buf);cnt++;if(cnt == 5){break;	}}close(fd);return 0;
}
  • IPC/write.c（写5次）
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h> // O_WRONLY open
#include <string.h>//strlen
#include <unistd.h>//write
//int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
int main(){int cnt = 0;char *str = "I'm Message from fifo_write";int fd = open("./file",O_WRONLY);printf("write open success\n");while(1){write(fd, str, strlen(str));//写内容cnt++;sleep(1);if(cnt == 5){break;	}}close(fd);return 0;
}

在这里插入图片描述

6. 消息队列的通信原理（6）

消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识

特点

  1. 消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
  2. 消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
  3. 消息队列可以实现消息的随机查询，消息不一定要以先进先出的次序读取，也可以按消息的类型读取。
    在这里插入图片描述

7. 消息队列相关api（431.7）

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

原型

#include <sys/msg.h>
// 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
int msgget(key_t key, int flag);//通过key(非负数 索引值)找到对应消息队列，打开队列的方式//返回值是消息队列的标识符
// 添加消息：成功返回0，失败返回-1
int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);//flag为0是默认阻塞的方式添加消息
// 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);//long type消息类型，用于找到对应消息，flag为0是默认阻塞的方式读取消息
// 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
  • 在以下两种情况下，msgget将创建一个新的消息队列：
    • 如果没有与键值 key 相对应的消息队列，并且 flag 中包含了 IPC_CREAT 标志位。
    • key 参数为 IPC_PRIVATE。
  • 函数 msgrcv 在读取消息队列时，type 参数有下面几种情况：
    • type == 0，返回队列中的第一个消息；
    • type > 0，返回队列中消息类型为 type 的第一个消息；
    • type < 0，返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息，如果有多个，则取类型值最小的消息。
  • 可以看出，type 值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。（其他的参数解释，请自行Google之）
    在这里插入图片描述

8. 消息队列编程收发数据（432.8）

在这里插入图片描述

  • IPC/msgGet.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
//       int msgget(key_t key, int msgflg);
//       int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
//       ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
struct msgbuf{long mtype;       /* message type, must be > 0 */char mtext[256];    /* message data */
};int main(){struct msgbuf readBuf;	int msgId = msgget(0x1234,IPC_CREAT|0777);//创建/打开消息队列，通过key找到对应消息队列，可读可写可执行if(msgId == -1 ){printf("get que failed\n");//创建/打开失败}msgrcv(msgId, &readBuf,sizeof(readBuf.mtext),888,0);//读取消息	printf("read from que:%s\n",readBuf.mtext);struct msgbuf sendBuf = {988,"thank you for reach"};msgsnd(msgId,&sendBuf,strlen(sendBuf.mtext),0);//添加消息return 0;
}
  • IPC/msgSend.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
//       int msgget(key_t key, int msgflg);
//       int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
//       ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
struct msgbuf {long mtype;       /* message type, must be > 0 */char mtext[256];    /* message data */
};int main(){struct msgbuf sendBuf = {888,"this is message from quen"};	int msgId = msgget(0x1234, IPC_CREAT|0777);//创建/打开消息队列，通过key找到对应消息队列，可读可写可执行if(msgId == -1 ){printf("get que failed\n");}msgsnd(msgId,&sendBuf,strlen(sendBuf.mtext),0);//添加消息printf("send over\n");struct msgbuf readBuf;msgrcv(msgId,&readBuf,sizeof(readBuf.mtext),988,0);//读取消息printf("reaturn from get:%s\n",readBuf.mtext);return 0;
}

9. 键值生成及消息队列移除（9）

在这里插入图片描述

  • IPC/msgGet.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
//       int msgget(key_t key, int msgflg);
//       int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
//       ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
//int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
struct msgbuf{long mtype;       /* message type, must be > 0 */char mtext[256];    /* message data */
};int main(){struct msgbuf readBuf;	key_t key;key = ftok(".",'m');printf("key=%x\n",key);int msgId = msgget(key,IPC_CREAT|0777);//创建/打开消息队列，通过key找到对应消息队列，可读可写可执行if(msgId == -1 ){printf("get que failuer\n");}//memset(&readBuf,0,sizeof(struct msgbuf));msgrcv(msgId, &readBuf,sizeof(readBuf.mtext),888,0);//读取消息	printf("read from que:%s\n",readBuf.mtext);struct msgbuf sendBuf = {988,"thank you for reach"};msgsnd(msgId,&sendBuf,strlen(sendBuf.mtext),0);//添加消息msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);//控制消息队列，将消息队列从内核中删除return 0;
}
  • IPC/msgSend.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
//       int msgget(key_t key, int msgflg);
//       int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
//       ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
//int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
struct msgbuf {long mtype;       /* message type, must be > 0 */char mtext[256];    /* message data */
};int main(){struct msgbuf sendBuf = {888,"this is message from quen"};	key_t key;key = ftok(".",'m');printf("key=%x\n",key);int msgId = msgget(key, IPC_CREAT|0777);//创建/打开消息队列，通过key找到对应消息队列，可读可写可执行if(msgId == -1 ){printf("get que failuer\n");}msgsnd(msgId,&sendBuf,strlen(sendBuf.mtext),0);//添加消息printf("send over\n");struct msgbuf readBuf;//memset(&readBuf,0,sizeof(struct msgbuf));msgrcv(msgId,&readBuf,sizeof(readBuf.mtext),988,0);//读取消息printf("reaturn from get:%s\n",readBuf.mtext);msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);//控制消息队列，将消息队列从内核中删除return 0;
}

这篇关于Linux系统编程_进程间通信第1天：IPC、无名管道pipe和命名管道mkfifo（半双工）、消息队列msgget（全双工）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/240821。

相关文章

SpringBoot集成redisson实现延时队列教程

SpringBoot集成redisson实现延时队列教程

《SpringBoot集成redisson实现延时队列教程》文章介绍了使用Redisson实现延迟队列的完整步骤,包括依赖导入、Redis配置、工具类封装、业务枚举定义、执行器实现、Bean创建、消费... 目录1、先给项目导入Redisson依赖2、配置redis3、创建 RedissonConfig 配
阅读更多...
MySQL的JDBC编程详解

MySQL的JDBC编程详解

《MySQL的JDBC编程详解》：本文主要介绍MySQL的JDBC编程,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录前言一、前置知识1. 引入依赖2. 认识 url二、JDBC 操作流程1. JDBC 的写操作2. JDBC 的读操作总结前言本文介绍了mysq
阅读更多...
防止Linux rm命令误操作的多场景防护方案与实践

防止Linux rm命令误操作的多场景防护方案与实践

《防止Linuxrm命令误操作的多场景防护方案与实践》在Linux系统中,rm命令是删除文件和目录的高效工具,但一旦误操作,如执行rm-rf/或rm-rf/*,极易导致系统数据灾难,本文针对不同场景... 目录引言理解 rm 命令及误操作风险rm 命令基础常见误操作案例防护方案使用 rm编程 别名及安全删除
阅读更多...
Linux下MySQL数据库定时备份脚本与Crontab配置教学

Linux下MySQL数据库定时备份脚本与Crontab配置教学

《Linux下MySQL数据库定时备份脚本与Crontab配置教学》在生产环境中,数据库是核心资产之一,定期备份数据库可以有效防止意外数据丢失,本文将分享一份MySQL定时备份脚本,并讲解如何通过cr... 目录备份脚本详解脚本功能说明授权与可执行权限使用 Crontab 定时执行编辑 Crontab添加定
阅读更多...
使用docker搭建嵌入式Linux开发环境

使用docker搭建嵌入式Linux开发环境

《使用docker搭建嵌入式Linux开发环境》本文主要介绍了使用docker搭建嵌入式Linux开发环境,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面... 目录1、前言2、安装docker3、编写容器管理脚本4、创建容器1、前言在日常开发全志、rk等不同
阅读更多...
JWT + 拦截器实现无状态登录系统

JWT + 拦截器实现无状态登录系统

《JWT+拦截器实现无状态登录系统》JWT（JSONWebToken）提供了一种无状态的解决方案：用户登录后,服务器返回一个Token,后续请求携带该Token即可完成身份验证,无需服务器存储会话... 目录✅ 引言 一、JWT 是什么？ 二、技术选型 三、项目结构 四、核心代码实现4.1 添加依赖（pom
阅读更多...
RabbitMQ 延时队列插件安装与使用示例详解(基于 Delayed Message Plugin)

RabbitMQ 延时队列插件安装与使用示例详解(基于 Delayed Message Plugin)

《RabbitMQ延时队列插件安装与使用示例详解(基于DelayedMessagePlugin)》本文详解RabbitMQ通过安装rabbitmq_delayed_message_exchan... 目录 一、什么是 RabbitMQ 延时队列？ 二、安装前准备✅ RabbitMQ 环境要求 三、安装延时队
阅读更多...
GO语言中函数命名返回值的使用

GO语言中函数命名返回值的使用

《GO语言中函数命名返回值的使用》在Go语言中,函数可以为其返回值指定名称,这被称为命名返回值或命名返回参数,这种特性可以使代码更清晰,特别是在返回多个值时,感兴趣的可以了解一下... 目录基本语法函数命名返回特点代码示例命名特点基本语法func functionName(parameters) (nam
阅读更多...
基于Python实现自动化邮件发送系统的完整指南

基于Python实现自动化邮件发送系统的完整指南

《基于Python实现自动化邮件发送系统的完整指南》在现代软件开发和自动化流程中,邮件通知是一个常见且实用的功能,无论是用于发送报告、告警信息还是用户提醒,通过Python实现自动化的邮件发送功能都能... 目录一、前言：二、项目概述三、配置文件 `.env` 解析四、代码结构解析1. 导入模块2. 加载环
阅读更多...
linux系统上安装JDK8全过程

linux系统上安装JDK8全过程

《linux系统上安装JDK8全过程》文章介绍安装JDK的必要性及Linux下JDK8的安装步骤,包括卸载旧版本、下载解压、配置环境变量等,强调开发需JDK,运行可选JRE,现JDK已集成JRE... 目录为什么要安装jdk？1.查看linux系统是否有自带的jdk：2.下载jdk压缩包2.解压3.配置环境
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2