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进程间通信分类

news 来源：原创 2025/7/14 21:57:22

前提：

进程具有独立性，要通信就是要让它们：看到同一份资源（某种形式的内存空间，操作系统提供）

本地通信：同一台主机，OS，用系统调用通信。标准：systemV。

System V IPC(进程通信)

首创三种经典IPC机制：

System V 消息队列

System V 共享内存

System V 信号量

最常用的通信方式：管道

分为：

匿名管道pipe

命名管道

二。管道

将两个进程的数据流连起来。

命令行种创建的管道，几个进程是兄弟关系

命令后加&是进入后端执行。图中两个进程同一父进程，pid不同，ppid相同

1.匿名管道

子进程创建时

files_struct也会拷贝-》是进程文件关系的结构，偏进程。

1.struct file也是拷贝的，独立-->进程对文件修改的位置指针（位置）是存在struct file里的，不同进程可以访问同一文件的不同位置，所以要独立。

2.同一文件的inode和文件内核缓冲区不拷贝-->属于文件，无需独立修改。

3.IPC本质是让不同进程看到同一份资源（文件内核级缓冲区是操作系统创建的，不是进程new出来的）

什么时候释放内核缓冲区?

文件内核缓冲区也存在引用计数。

进程间通信的文件不需要将文件刷新到磁盘（多个进程同时对内核缓冲区写也会乱）-->创建一个只会存在内存的文件，其他一样--->管道

1.基于内存级文件的通信方式：只能单向通信，一个读一个写

需要先创建管道，后创建进程，父子进程各关闭一个通道（不关闭操作上没问题，但是fd泄露资源浪费，容易误操作），因为创建管道的时候没有指定文件，需要继承看到同一文件。

需要同时创建读写的文件描述符，管道struct_file内flag读/写子进程继承资源也只能读/写。

//实现
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
#include <cstdlib>
int main()
{int fds[2] = {0};//一般fd[0]读，fd[1]写int n = pipe(fds);if (n){std::cerr << "pipe" << std::endl;return 1;}pid_t pid = fork();if (pid < 0){std::cerr << "fork erro" << std::endl;}else if (pid == 0){// 子//关闭读管道::close(fds[0]);//系统调用，非库函数，加个标明好看int cot=0;std::string message="hello ";message+=std::to_string(getpid());//整数转字符while(true){::write(fds[1],message.c_str(),message.size());sleep(1);}exit(0);}else{// 关闭写管道::close(fds[1]);char buf[1024]={0};while(true){size_t n=::read(fds[0],buf,1024);std::cout<<buf<<std::endl;sleep(1);}pid_t rid = waitpid(pid, nullptr, 0);std::cout<<"child return"<<std::endl;}return 0;
}

问：普通文件的struct_file内也有flag吗？

在 Linux 内核中，普通文件（regular file）的 struct file 结构体确实包含 f_flags 字段，但它与文件的打开方式（如 O_RDONLY、O_NONBLOCK 等）相关，而不是文件本身的属性。以下是关键细节分析：struct file 中的 f_flags

定义位置：include/linux/fs.h（内核源码）

struct file {// ...unsigned int f_flags;  // 文件打开时的标志（如 O_RDWR、O_NONBLOCK）fmode_t f_mode;        // 文件模式（FMODE_READ、FMODE_WRITE）// ...
};

作用：
- 记录进程打开该文件时指定的标志（通过 open() 系统调用传递的 flags 参数）。
- 例如：O_RDONLY（只读）、O_NONBLOCK（非阻塞）、O_SYNC（同步写入）等。
与文件本身无关：
- 这些标志是进程级别的，同一个文件被不同进程打开时，各自的 struct file 可能有不同的 f_flags。

1.2验证接口。

问1：为什么不能错误cerr打印的程序输出>重定向到文件里

在 Linux/C++ 中，cerr（标准错误流，对应文件描述符 stderr，fd=2）和 cout（标准输出流，对应 stdout，fd=1）默认都会输出到终端，但它们是独立的流。如果你直接用 > 重定向，它默认只会重定向 stdout（fd=1），而 cerr 的内容仍然会打印到终端。

将标准错误重定向的方法：

这里重定向的>一定要紧挨着两边文字

错误和输出一起重定向的方法：

原理是将1重定向到errlog，再把2重定向到1里，就是2->1->errlog

底层是打开errlog,将errlog(3)写到1里，将1写到2里。

作用：以后可以将错误写到日志里。

前置知识：

管道的：

读操作的行为：
- 成功读取：数据从缓冲区移除，释放空间供后续写入（管道有上限）。
- 读完清空：如果所有数据被读取，缓冲区变为空，后续读操作会阻塞（默认）或返回 EOF（写端已关闭）。

问题：两个进程对同一文件改，一个改了一半一个直接读，看到的资源和已经有的资源就不一致。

怎么保护资源：

读完进程阻塞可以让保护资源，让读取的不为空，让写的不覆盖。

验证4:

管道特性：

1.操作： 1.单向通信

2.自带同步互斥等资源保护机制（读完写，写完再读）

2.生命周期：随进程

3.范围：不仅父子，只要能看到同一份资源，爷孙，兄弟也行。有血缘关系的IPC通信

6.原子性，将少于一定大小的写入管道必须是原子的，不用担心写一半被读走

管道的使用场景

1.进程池：父进程写，子进程读。只有父进程写数据（命令），子进程才不会read阻塞。

（类似条件变量）

（理解ps ajx|grep h; |就是匿名管道，依次创建兄弟进程，左边的输出重定向到匿名管道的输出，右边读取）

进程池（Process Pool）就像是一个 “工人团队”，它的作用是：

提前创建好多个进程（工人），放在池子里待命。
有任务来了，直接派给空闲的进程处理，不用临时创建。
任务完成后，进程回到池子里，等待下一个任务。

为什么用进程池？

✅ 省时间：不用反复创建/销毁进程（创建进程很耗资源）。
✅ 控数量：避免同时运行太多进程把电脑卡死（比如只允许5个进程同时干活）。
✅ 易管理：任务排队，谁空闲谁干活，高效利用资源。

实践：

linux: 关于课程的代码实践

命名管道

一.为什么要有命名管道?

匿名管道标识同一块区域的方法是父子进程的继承，要想让非父子进程通信可以用文件名标识同一块区域。

二.命名管道比普通文件好在哪

普通文件是在磁盘上的，对它进行读写，其需要刷新到磁盘上，IO消耗大量资源，命名管道只需要在磁盘上存储个空文件，能通过路径找到它，真正区域在内存中。

进程间通信分类

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