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Linux高并发服务器开发第十七天（管道缓存区查询大小管道的优劣命名管道mkfifo 建立释放映射区mmap/munmap 匿名映射进程间的通信）

news 来源：原创 2025/5/15 13:31:16

1.pipe管道读写行为

1.1例题：实现父子进程 ls | wc -l

1.2兄弟进程 ls | wc -l

2.管道缓存区

2.1命令查询

2.2函数查询

3.pipe管道的优劣

4.命名管道 fifo

5.mmap

5.1文件进程间通信

5.2建立、释放映射区

5.3匿名映射

6.进程间通信

6.1父子进间通信

6.2无血缘关系进程间通信

1.pipe管道读写行为

- 读管道：

1. 管道有数据， read返回实际读到的字节数。

2. 管道无数据，1）无写端，read 返回 0 （类似读到文件末尾）

2）有写端，阻塞等待。

- 写管道：

1. 无读端，异常终止。 ( SIGPIPE 信号)

2. 有读端，1）管道已满，阻塞等待。

2）管道未满，返回实际写出的字节数。

1.1例题：实现父子进程 ls | wc -l

父进程执行 ls 命令并将其输出写入管道，子进程执行 wc -l 并从管道读取输入

int main(int argc, char *argv[])
{pid_t pid;int fd[2];// 先创建pipepipe(fd);pid = fork();            // ls | wc -lif (pid == 0) {  // 子进程 实现 wc -lclose(fd[1]);        // 子进程读管道,关闭写端.dup2(fd[0], STDIN_FILENO);        // 让 wc 从管道的读端,读数据.execlp("wc", "wc", "-l", NULL);} else if (pid > 0) {close(fd[0]);        // 父进程写管道,关闭读端.dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);// 将 写出到 屏幕的ls 结果,写入到 管道写端.execlp("ls", "ls", NULL);}return 0;
}

1.2兄弟进程 ls | wc -l

int main(int argc, char *argv[])
{int fd[2], i = 0;pid_t pid;pipe(fd);for (i = 0; i < 2; i++)if ((pid = fork()) == 0) {break;}if (i == 0) {        // 兄        lsclose(fd[0]);dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);execlp("ls", "ls", NULL);} else if (i == 1) {        // 弟    wc -lclose(fd[1]);dup2(fd[0], STDIN_FILENO);execlp("wc", "wc","-l",NULL);} else {        // 父close(fd[0]);// 父进程不参与管道使用，应该关闭写端、读端。保证管道内部数据单向流动。close(fd[1]);for (i = 0; i<2; i++)wait(NULL);}return 0;
}

2.管道缓存区

2.1命令查询

2.2函数查询

    long fpathconf(int fd, int name);
    参1 ：传 fd[0]/fd[1] 都可以！
    参2 ：传 _PC_PIPE_BUF 宏

3.pipe管道的优劣

- 优点：简单。比信号、套接字、mmap 简单很多！
- 缺点：
1. 只能单向通信，实现双向通信，需要两个管道。
2. 只能应用于父子、兄弟...(有公共祖先)进程间。无血缘关系进程间，后来用 fifo 替代。

4.命名管道 fifo

- 命令创建：mkfifo 管道名

- 函数创建：

//可以用于无血缘关系进程间通信

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

—— 演示代码：fifo_w.c fifo_r.c
- 管道中的数据，一次性读取，读走没。
- 读端：以 O_RDONLY 打开 fifo 管道。
- 写端：以 O_WRONLY/O_RDWR 打开同一个 fifo 管道。

5.mmap

5.1文件进程间通信

- 有血缘关系、无血缘关系的进程，都可以使用同一个文件来实现进间通信。

5.2建立、释放映射区

- mmap 借助文件映射，创建共享内存映射区

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

参数：
    addr：指定映射区的首地址。通常传NULL，表示让系统自动分配
    length：共享内存映射区的大小。（<=文件的实际大小。）
    prot：共享内存映射区的读写属性。PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE
    flags：标注共享内存映射区的共享属性：
            MAP_SHARED：对共享内存所做的修改，会反应到物理磁盘文件上。 IPC专用！
            MAP_PRIVATE：对共享内存所做的修改，不会反应到物理磁盘文件上。
    fd: 用来创建共享内存映射区的那个文件的文件描述符。
    offset：默认0，表示映射文件全部！偏移位置。必须是4k整数倍。
返回值：
    成功：映射区的首地址。
    失败：MAP_FAILED (void *(-1)), errno

- munmap 释放共享内存映射

int munmap(void *addr, size_t length);
参1：mmap() 函数的返回值。
参2：共享内存映射区大小
返回值：
成功：0
失败：-1, errno

mmap使用的注意事项：

1. 用于创建映射区的文件的大小，必须是非0。映射区的大小 <= 文件大小。
2. 创建映射区，需要read权限。指定访问权限为 MAP_SHARED， mmap需要读写权限。应该 <= 文件打开权限。只写不行！
3. 文件描述符fd，在mmap创建映射区完成，可以立即关闭！后续访问文件使用内存地址。
4. offset 必须是 4096 的整数倍。（MMU映射的最小单位 4k）
5. 映射区访问的权限设为 MAP_PRIVATE，对内存做的所有修改，都只在内存有效，不反应的磁盘上。不能应用于 IPC

mmap函数保险调用方式：

1. fd = open(“文件名”，O_RDWR);
2. mmap（NULL, 实际有效文件大小， PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0）；

## mmap特性

- fifo、mmap 都可以应用于非血缘关系进程间通信。区别：
- mmap：数据可以重复读写。
- fifo：数据只能一次性读写。
- 直接操作内存，执行速度快！

5.3匿名映射

- 只能应用于，有血缘关系的进程间通信

p = (int *)mmap(NULL, 400, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

- MAP_ANONYMOUS 、MAP_ANON 只在 Linux 系统中有效。
- /dev/null : 设备文件。黑洞文件。特性：无限向该文件写数据。写入没！
- /dev/zero: 设备文件。特性：无限从该文件读取数据。读多少，有多少。读到的都是“\0”
- 类unix系统中没有 MAP_ANONYMOUS 、MAP_ANON 选项，可以借助 /dev/zero 实现。

 fd = open("/dev/zero", O_RDWR);p = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MMAP_SHARED, fd, 0);

6.进程间通信

6.1父子进间通信

1. 父进程先创建映射区。 open(O_RDWR)； mmap（MAP_SHARED）;
2. fork() 创建子进程。
3. 一个进程使用映射区读，另一个进程写。

6.2无血缘关系进程间通信

1. 两个进程，打开同一个文件，创建映射区。
2. 指定 flags 为 MAP_SHARED。
3. 一个进程使用映射区读，另一个进程写。

1.pipe管道读写行为

1.1例题：实现父子进程 ls | wc -l

1.2兄弟进程 ls | wc -l

2.管道缓存区

2.1命令查询

2.2函数查询

3.pipe管道的优劣

4.命名管道 fifo

5.mmap

5.1文件进程间通信

5.2建立、释放映射区

5.3匿名映射

6.进程间通信

6.1父子进间通信

6.2无血缘关系进程间通信

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