Linux 进程间通信 管道系列: 匿名和定名管道,自定义shell当中下令行管道的
一.进程间通信的介绍1.为什么要进程进程间通信?
由于有些情况下需要进程完成以下使命:
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/fe6a0c8a55734517a68cfa943f046932.png
而我们知道进程之间是不能举行"数据"的直接传递的,由于进程具有独立性
因此才有了我们今天要评论的进程间通信
2.什么是进程间通信
普通点讲,进程间通信就是一个进程能够把自己的数据交给另一个进程
进程间进程通信就是举行数据的交互,那么数据存放在那边呢?
下面我们来分析一下
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/d14f8d387df0421fa713b54d8ad1bbad.png
因此,关于进程间通信的一个非非非非非非常重要的结论就得出了:
进程间通信的本质是让差别的进程,看到同一份资源(一般都是要由OS提供)
3.进程间通信的详细做法
由于OS提供的"数据存放的空间"有着你差别的样式,就决定了进程间通信有着差别的通信方式
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/9b9f5617589048a2be6cb71015ef829e.png
二.管道
管道的本质就是一个内存级文件,不存储在磁盘上,只存储在内存当中
1.从文件的角度理解什么是管道?
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/451cb95739244a8590a2c7aa3cab0d2b.png
创建子进程之后log.txt的struct file对象的引用计数++
此时父子进程都对log.txt这个文件同时具有读写权限
也就是说父子进程看到了同一份资源(log.txt),这就是进程间通信
此时假如子进程对log.txt举行写入,父进程对log.txt举行读取
这不就完成了进程间通信了吗?
因此,这种
基于文件,让差别进程看到同一份资源的方式,就叫做管道!
假如让父子进程同时对log.txt既有读权限,又有写权限,那不就容易发生混乱吗?
因此设计管道的工程师规定:
管道只能被设计为单向通信!
那么我们如何把刚才的情况改为只能举行单向通信呢?
比方说我们要求父进程作为读端,子进程作为写端
只需要关闭父进程的’w’权限和子进程的’r’权限即可
log.txt的struct file对象的引用计数–
只有当引用计数减为0时,才会释放该struct file对象和其内核缓冲区
此时,父子进程的通信方式就叫做管道!!
回想一下,刚才我们是如何让差别的进程看到同一份资源的呢?
通过创建子进程,子进程会继承父进程的相干属性信息
子进程继承了父进程的相干信息,子进程的子进程也会继承子进程的相干信息
那么子进程的子进程不就也能跟父进程举行进程间通信了吗?
是的,因此进程之间只要具有血缘关系,那么就可以利用管道来举行进程间通信
而假如没有血缘关系,那么就无法利用管道来举行进程间通信了
三.匿名管道
假如此时我们想要让两个进程之间举行通信,但是不想在磁盘当中创建单独的文件,怎么办呢?
此时就可以使用匿名管道了
匿名管道:只能让具有血缘关系的进程之间举行进程间通信(常用于父子进程)
(先人跟后代可以,兄弟之间也可以哦)
如何利用呢?
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/539c8f4bb3434274b6739e3170df156c.png
pipe这个函数就是用来创建匿名管道的,传入的参数是一个数组,是一个输出型参数
实行该函数后,会得到2个fd,分别存储在pipefd和pipefd的位置
pipefd存储的是负责r(读)的fd,pipefd存储的是负责w(写)的fd
pipe所创建的匿名管道是一个内存级的文件,并不存在于磁盘当中!!
创建成功返回值为0,创建失败返回值小于0
1.验证代码
下面我们来写一个验证代码
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/5a315603640f4f6e9791c7aa46abb751.png
这份代码的含义是:
1.创建管道
2.创建子进程
3.子进程死循环向管道当中写入数据
4.父进程死循环从管道当中读取数据
然后我们编译生成可实行程序,开始运行
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/b272b7b847b6427d9ffc80f760c9c6c3.gif
至此我们验证完毕
2.四种情况
颠末刚才的演示,我们知道父子进程是如何通过管道来举行通信的了
但是还是不敷细节,由于有些情况没有涉及到,下面我们来一一看看这4种情况吧
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/9f5f78bd521347409c4cca8a567f6c6b.png
为了方便演示,我们改一下代码,让子进程发送消息时每次少发一些
不发急,我们一一分析
1.写端不写,且不退
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/05061bdc4cc245aeb3323cf43973da92.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/b80afd9423104c1fb4d00f7cf47cf797.gif
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/55bfd55a2849433893d6ffc0a855054b.png
2.读端不读,且不退
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/12f111a405334634b99088298ea129a0.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/8945824f469948b18352b6c293f43fef.gif
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/54362c09f5f84382afad2c038e2206fd.png
补充一点:
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/ea5c99413c784928ba55a436ac094a90.png
PIPE_BUF:管道的缓存大小是4096字节
当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，Linux将包管写入的原子性
当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，Linux将不再包管写入的原子性
关于原子性我们以后会还会见到的
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/3cc1138f22e94c2bb77ddf884bfe0c64.png
3.写端不写,退了
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/28b478f8d5c54372927d16f6ef536d0a.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/d92aa85c1294419dbe99cb029bd89c91.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/2ff8762d81b04c59964851da21ba6929.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/579258eb05384c6eaf998d87c5bb3d65.png
4.读端不读,退了
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/476209ce7d91409c9257afc60d50b88e.png
其实发送的是13号信号:
SIGPIPE
验证:
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/10a66ed39ac9466ca3ae1c0a31a19d61.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/b975ba0b74d344509dd29e114e7c7114.png
5.小小总结
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/af9a999f68d14e558122e53155fbd703.png
3.五种特性
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/835bdc68d6fc43f4b284d7e812050dbe.png
4.理解下令行管道
我们之前在Linux常见指令2当中介绍过下令行管道的使用
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/8610a2d271e64ce2b2717760a5b5bb40.png
而今天我们学习了管道之后,我们再回过头来重新认识一下下令行管道
ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 可执行程序名字 | grep -v grep
还记得我们的监控脚本吗?
其实它就是一个下令行管道的典型应用
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/88f96f47841d4703a218cbc7b207a9dd.png
四.定名管道
匿名管道挺好的,只不过只能由具有血缘关系的进程才气够使用,还是有些局限性的
能不能让没有血缘关系的进程之间也能使用管道来通信呢?
是可以的,不过需要使用我们接下来要介绍的定名管道
1.理论
1.回首匿名管道的原理
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/6a6ebe97b8b0457c93be565de8f3cf9b.png
2.定名管道理论
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/1266da49e2814ce7bc3ff0cb84c1b7fc.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/4f3f1ca8a3c542128b0097c5ff7fb243.png
2.系统调用接口的介绍与使用
1.介绍
跟匿名管道一样,这件事变OS不放心让用户完成,也是为了给用户一个良好的使用体验,因此OS提供了系统调用接口
mkfifo
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/cd2bff78a37e4b058f49567dc6eaa092.png
2.使用
我们知道|是下令行当中的匿名管道,阐明Linux支持在下令行当中创建匿名管道,那么定名管道呢?
假如不允许的话,Linux是不是就有点偏心了啊
Linux也允许在下令行当中使用mkfifo来创建定名文件
曾记否:我们之前在介绍Linux下的文件类型的时间见过这个管道文件哦
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/be51309030e840598cbf62ab4f257202.png
今天我们想说的是:创建了一个定名管道之后,就不能再创建同名的定名管道了
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/ba2b4211297546549f0741c1bec09c90.png
因此我们在创建了定名管道之后,当本次客户端和服务端通信结束之后,为了让下一次对应的代码还能正常运行(也就是创建定名管道成功)
而且肯定是客户端先退出,所以我们要在服务端退出时将这个定名管道删掉
如何删呢?总不能进程程序更换实行个rm -f xxx定名管道吧,那也太挫了吧
OS肯定要提供系统调用接口
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/168041956cca4adbab5a488b5034c88c.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/04e7a23cb6074d5386ba7455b11384df.png
同样的unlink也是一个指令哦
介绍完我们需要使用的新增的系统调用接口之后,下面我们来搞代码啦
3.代码编写
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/f32ebdc275964588861558a5ea9348f9.png
这里unlink,read,write,open等等都要判断是否成功,这里为了让代码更加简洁,就没怎么判断,各人可以加上,返回错误码是真的难受…
还是非常香
1.Common.hpp
定名管道是不是只有一份呢?
不是,可以同时有许多份,OS要不要管理,要
如何管理?先描述,在组织
走起
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/ff8989b9d6c245f4bd6174f1e8a94a5e.png
2.pipeServer.cpp
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/29c26172ee64431fb56cfd0eaa7d2d8e.png
注意:
定名管道创建之后
假如只有读端被打开了,写端还没有被打开,那么读端会壅闭在open函数当中
假如只有写端被打开了,读端还没有被打开,那么写端会壅闭在open函数当中
3.pipeClient.cpp
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/9e89cb004501412bbc4e04b74ace9f31.png
4.makefile
由于要生成2个可实行程序,因此需要用一个伪目的
(固然你make xxx两次也可以,主要是不优雅)
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/f45552ff588a4d50886914deb974ba8a.png
4.动图演示
此时就能够任意玩了
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/41cf1676bf49406998b78a0772072f60.gif
固然你要是想换一下读写端的话,两个人约定一些暗号等等的信息,输入之后就先暂时退出,然后各自换一种权限打开该文件等等,
这一点上面比匿名管道好玩总之,你想怎么玩就怎么写
随意~
五.自定义shell当中添加下令行管道的功能
1.前言
前言 : 有些内建下令简直可以跟下令行管道一起使用,比方echo,不过某些内建下令无法跟下令行管道一起使用:比如cd
下令行管道可以跟重定向>>,>,<一起使用
拿出我们实现完重定向的shell,(我今天是由自己写了一遍,所以跟上一次的有些差别,但功能是一样的,各人知道能这么玩就行,有空的时间可以自己玩一下)
(另有就是谁人echo $?返回最近一次错误码,由于最近刚学了非常,所以看到这种错误码就满身难受,所以没有搞这个,不过不妨碍我们今天要实现的重定向)
这是一个cpp文件(由于假如用C添加下令行管道[太麻烦了,连个次序表都没有]…写C++写惯了,不想用C…)
为了方便实现,我们把main函数中的代码拿出去了两部门
代码:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <ctype.h>
#include <fcntl.h>
#include <vector>
#include <iostream>
#define NoneRedir 0
#define OutputRedir 1
#define InputRedir 2
#define AppendRedir 3
using namespace std;
int lastcode=0;//上一次进程退出时的退出码
int redir=NoneRedir;
char* filename=NULL;
char cwd={'\0'};
char env={'\0'};
int my_index=0;
//将字符串s按照空格作为分割符拆分后添加到vs当中(不过: 空格可能会连续出现)
void CommandLineSplit(char* command,char* commandV[])
{
char* s=strtok(command," ");
commandV=s;
int i=1;
while(commandV=strtok(NULL," ")){}
}
#define SkipSpace(pos) do{while(isspace(*pos)){pos++;}}while(0)
void CheckRedir(char* command)
{
int len=strlen(command);
char* pos;
for(int i=len-1;i>=0;)
{
if(command=='>')
{
if(i>0 && command=='>')//追加
{
redir=AppendRedir;
command='\0';
}
else//输出
{
redir=OutputRedir;
command='\0';
}
pos=command+i+1;
SkipSpace(pos);
filename=pos;
break;
}
else if(command=='<')//输入
{
redir=InputRedir;
command='\0';
pos=command+i+1;
SkipSpace(pos);
filename=pos;
break;
}
else
{
i--;
}
}
}
void Exec(char* commandV[])
{
pid_t id=fork();
if(id==0)
{
if(redir==InputRedir)
{
int fd=open(filename,O_RDONLY);
dup2(fd,0);
}
else if(redir==OutputRedir)
{
int fd=open(filename,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);
dup2(fd,1);
}
else if(redir==AppendRedir)
{
int fd=open(filename,O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,0666);
dup2(fd,1);
}
execvp(commandV,commandV);
}
wait(NULL);
}
void cd(char* path)
{
chdir(path);
char tmp={'\0'};
getcwd(tmp,sizeof(tmp));
sprintf(cwd,"PWD=%s",tmp);
putenv(cwd);
}
void Export(char* s)
{
strcpy(env,s);
putenv(env);
}
int echo(char* commandV[])
{
//1.echo后面什么都没有,相当于'\n'
if(commandV==NULL)
{
printf("\n");
lastcode=0;
return 1;
}
//2.echo $?echo $PWD echo $
char* cmd=commandV;
int len=strlen(cmd);
if(cmd=='$' && len>1)
{
//echo $?
if(cmd=='?')
{
printf("%d\n",lastcode);
lastcode=0;
}
//echo $PWD
else
{
char* tmp=cmd+1;
const char* env=getenv(tmp);
//找不到该环境变量,打印'\n',退出码依旧为0
if(env==NULL)
{
printf("\n");
}
else
{
printf("%s\n",env);
}
lastcode=0;
}
}
else
{
if(cmd=='"' && cmd=='"')
{
cmd='\0';
printf("%s\n",cmd+1);
}
else
printf("%s\n",cmd);
}
return 1;
}
int doBulidIn(char* commandV[])
{
int ret=0;
if(strcmp(commandV,"cd")==0)
{
cd(commandV);
ret=1;
}
else if(strcmp(commandV,"export")==0)
{
Export(commandV);
ret=1;
}
else if(strcmp(commandV,"echo")==0)
{
echo(commandV);
ret=1;
}
return ret;
}
//打印提示符和修正redir,filename的函数
void step1()
{
redir=NoneRedir;
filename=NULL;
//1.打印提示符wzs@VM-16-10-ubuntu:~/ubuntucode/shell$
printf("%s@VM-16-10-ubuntu:%s$ ",getenv("USER"),getenv("PWD"));
}
//具体执行指令的函数
void step3(char* command)
{
//3.检查重定向
CheckRedir(command);
//4.解析字符串
char* commandV={NULL};
CommandLineSplit(command,commandV);
//5.分析内建命令
int ret=doBulidIn(commandV);
if(ret==0)
{
//6.进程程序替换
Exec(commandV);
}
}
int main()
{
while(1)
{
step1();
char command={'\0'};
fgets(command,sizeof(command),stdin);
int len=strlen(command);
command='\0';
step3(command);
}
return 0;
}
2.思绪
1.如何创建管道与进程
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/c17f7e7d01824bdc86e3f0f7179bc09f.png
因此,我们只需要边创建管道,边创建进程,(最后一个进程单独创建)
而且用vector<pair<int,int>>存储全部的管道的读写端方便后续管道对其举行关闭
(由于管道的特点是读/写端没有全都退出,另一端就会一直壅闭等候,假如不关闭读写端的话父进程接纳时就必须要逆序接纳)
又由于我们要让父进程接纳子进程,所以在用一个vector<int>存储全部的子进程pid,后续还要waitpid接纳他们呢
2.预处置惩罚
在检查是否需要重定向之前,我们需要先检查整个字符串有多少个’|‘下令行管道,而且
用一个vector<int>生存它们的位置,而且将对应位置改为’\0’,方便后续把每一块指令传递给子进程去处置惩罚
由于第一个指令左侧没有’|',所以我们在初始化vector<int>的时间,可以先存上一个-1,然后分配使命时就好分配了
3.实现
只有刚才的这两步,搞清楚这两点之后代码就能够很好的写出来了
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/2050bd1a6ed5481b98b0f0585e9287bd.png
4.演示
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/f7516304a8db4cf8ad1a2137c73d914d.gif
5.代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <ctype.h>
#include <fcntl.h>
#include <vector>
#include <iostream>
#define NoneRedir 0
#define OutputRedir 1
#define InputRedir 2
#define AppendRedir 3
using namespace std;
int lastcode=0;//上一次进程退出时的退出码
int redir=NoneRedir;
char* filename=NULL;
char cwd={'\0'};
char env={'\0'};
int my_index=0;
//将字符串s按照空格作为分割符拆分后添加到vs当中(不过: 空格可能会连续出现)
void CommandLineSplit(char* command,char* commandV[])
{
char* s=strtok(command," ");
commandV=s;
int i=1;
while(commandV=strtok(NULL," ")){}
}
#define SkipSpace(pos) do{while(isspace(*pos)){pos++;}}while(0)
void CheckRedir(char* command)
{
int len=strlen(command);
char* pos;
for(int i=len-1;i>=0;)
{
if(command=='>')
{
if(i>0 && command=='>')//追加
{
redir=AppendRedir;
command='\0';
}
else//输出
{
redir=OutputRedir;
command='\0';
}
pos=command+i+1;
SkipSpace(pos);
filename=pos;
break;
}
else if(command=='<')//输入
{
redir=InputRedir;
command='\0';
pos=command+i+1;
SkipSpace(pos);
filename=pos;
break;
}
else
{
i--;
}
}
}
void Exec(char* commandV[])
{
pid_t id=fork();
if(id==0)
{
if(redir==InputRedir)
{
int fd=open(filename,O_RDONLY);
dup2(fd,0);
}
else if(redir==OutputRedir)
{
int fd=open(filename,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);
dup2(fd,1);
}
else if(redir==AppendRedir)
{
int fd=open(filename,O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,0666);
dup2(fd,1);
}
execvp(commandV,commandV);
}
wait(NULL);
}
void cd(char* path)
{
chdir(path);
char tmp={'\0'};
getcwd(tmp,sizeof(tmp));
sprintf(cwd,"PWD=%s",tmp);
putenv(cwd);
}
void Export(char* s)
{
strcpy(env,s);
putenv(env);
}
int echo(char* commandV[])
{
//1.echo后面什么都没有,相当于'\n'
if(commandV==NULL)
{
printf("\n");
lastcode=0;
return 1;
}
//2.echo $?echo $PWD echo $
char* cmd=commandV;
int len=strlen(cmd);
if(cmd=='$' && len>1)
{
//echo $?
if(cmd=='?')
{
printf("%d\n",lastcode);
lastcode=0;
}
//echo $PWD
else
{
char* tmp=cmd+1;
const char* env=getenv(tmp);
//找不到该环境变量,打印'\n',退出码依旧为0
if(env==NULL)
{
printf("\n");
}
else
{
printf("%s\n",env);
}
lastcode=0;
}
}
else
{
if(cmd=='"' && cmd=='"')
{
cmd='\0';
printf("%s\n",cmd+1);
}
else
printf("%s\n",cmd);
}
return 1;
}
int doBulidIn(char* commandV[])
{
int ret=0;
if(strcmp(commandV,"cd")==0)
{
cd(commandV);
ret=1;
}
else if(strcmp(commandV,"export")==0)
{
Export(commandV);
ret=1;
}
else if(strcmp(commandV,"echo")==0)
{
echo(commandV);
ret=1;
}
return ret;
}
void step1()
{
redir=NoneRedir;
filename=NULL;
//1.打印提示符wzs@VM-16-10-ubuntu:~/ubuntucode/shell$
printf("%s@VM-16-10-ubuntu:%s$ ",getenv("USER"),getenv("PWD"));
}
void step3(char* command)
{
//3.检查重定向
CheckRedir(command);
//4.解析字符串
char* commandV={NULL};
CommandLineSplit(command,commandV);
//5.分析内建命令
int ret=doBulidIn(commandV);
if(ret==0)
{
//6.进程程序替换
Exec(commandV);
}
}
int CheckPipe(char* command,vector<int>& v)//返回管道个数,并且把|的位置填到数组当中
{
int len=strlen(command);
for(int i=0;i<len;i++)
{
if(command=='|')
{
v.push_back(i);
command='\0';//直接截断
}
}
return v.size();
}
void Execpipe(char* command)
{
vector<int> pos(1,-1);//为了后续分割方便
int sz=CheckPipe(command,pos);
if(sz==1)
{
step3(command);
return;
}
vector<int> child_id;
vector<pair<int,int>> v;//v.first:i号管道的读 second:写
for(int i=0;i<sz-1;i++)//创建sz个进程,sz-1个管道
{
int pipefd;
int n=pipe(pipefd);
pid_t id=fork();
if(id==0)
{
close(pipefd);//关闭当前管道的读
int prev_fd_sz=v.size();
for(int j=0;j<prev_fd_sz;j++)
{
if(j<prev_fd_sz-1)
{
//把前面打开的读都关上(除了最近的那一个管道)
close(v.first);
}
//把前面打开的管道的写都关上
close(v.second);
}
dup2(pipefd,1);//当前管道的写重定向到我的1
if(!v.empty()) dup2(v.back().first,0);//上一个管道的读重定向到我的0
step3(command+pos+1);
exit(0);
}
else
{
v.push_back({pipefd,pipefd});
child_id.push_back(id);
}
}
//最后一个进程:
pid_t id=fork();
if(id==0)
{
int prev_fd_sz=v.size();
for(int j=0;j<prev_fd_sz;j++)
{
if(j<prev_fd_sz-1)
{
//把前面打开的读都关上(除了最近的那一个管道)
close(v.first);
}
//把前面打开的管道的写都关上
close(v.second);
}
dup2(v.back().first,0);
step3(command+pos+1);
exit(0);
}
child_id.push_back(id);
for(auto& e:v)
{
//最后的时候父亲关闭所有的读写端
close(e.first);close(e.second);
}
for(auto& e:child_id)
{
pid_t rid=waitpid(e,nullptr,0);
if(rid>0) cout<<"wait success, pid: "<<rid<<endl;
}
}
int main()
{
while(1)
{
step1();
char command={'\0'};
fgets(command,sizeof(command),stdin);
int len=strlen(command);
command='\0';
Execpipe(command);
}
return 0;
}
以上就是Linux 进程间通信 管道系列: 匿名和定名管道,自定义shell当中下令行管道的模拟实现的全部内容,希望能对各人有所资助!!
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