Linux環境下的程序間的通訊
程序間通訊的方式
管道
- 管道是Linux作業系統下的一種檔案型別，該檔案型別的檔案就是為了給不同程序之間提供可以進行通訊的檔案資源。
- 一個管道只能單向通訊。
為什麼一個管道只能進行單向通訊？
一個程序可以對一個管道檔案進行讀或寫操作，當兩個程序通過一個管道進行通訊時，一定是有一個程序對管道進行寫操作，另一個管道進行讀操作，這樣就可以實現程序之間的單向通訊，但假如兩個程序同時將讀寫埠都開啟時，兩個程序都可以進行讀或寫操作，這樣就會造成程序之間讀取資訊紊亂，所以一個管道只能進行單向通訊，如果想要以管道的方式實現兩個程序之間雙向通訊，就必須實現兩個管道。
管道操作
圖解管道操作（以匿名管道為例）：
1.父程序建立管道
2.父程序fork出子程序
3.子程序關閉寫端，父程序關閉讀端
所以我們可以將管道視為檔案，並且使用檔案操作的方式去操作管道。
匿名管道
- 匿名管道只能用於有親緣關係的兩個程序之間的通訊，通常用於子程序與父程序。
- 匿名管道屬於管道的一種，它同樣只可以單向通訊。
- 匿名管道的生命週期隨程序。
- 匿名管道是面向位元組流的。
- 作業系統核心會對匿名管道進行同步於互斥。
介面
#include<unistd.h>
int pipe(int 程式碼實現匿名管道
/*
*子程序向管道內寫入10次，i am child...
*父程序每隔1s從管道本讀出一句i am child...
*該程序的子程序與父程序未設定退出邏輯，需要使用[Ctrl+C]終止程序
*/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include 命名管道
- 命名管道可以應用於兩個毫不相干的程序之間的通訊。
- 命名管道是一種特殊型別的檔案。
介面
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
int mkfifo(const char* pathname, mode_t mode);
功能：在pathname路徑下，建立一個命名管道檔案
引數：
pathname：路徑資訊，表示管道檔案將會建立在pathname路徑下，不支援~
mode:管道檔案許可權資訊，通常配合umask(mode_t mode);使用
命名管道與匿名管道的區別
- 匿名管道只能用於具有親緣關係的程序之間的通訊，命名管道可以用於任意兩個程序之間的通訊。
- 匿名管道用pipe()函式建立並開啟，命名管道通過mkfifo()函式建立，由open()函式開啟
程式碼實現命名管道
通過命名管道實現client程序向service程序傳送文字資料，該管道由service建立並銷燬，client只打開並寫入文字資料即可。client.c service.c pipe.h必須放在同一級目錄下。
模程式碼結構
$ ls
service.c client.c pipe.h Makefile
$ cat Makefile
.PHONY:all
all:service client
service:service.c
gcc $^ -o [email protected]
client:client.c
gcc $^ -o [email protected]
.PHONY:clean
clean:
rm -f service client
/*
*pipe.h
*/
#ifndef _PIPE_H_
#define _PIPE_H_
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#define PATHNAME "/tmp/pipe_withname"
#define BUF_SIZE 1024
#denif
/*
*service.c
*/
#include"./pipe.h"
int main()
{
int fd;
char buf[BUF_SIZE] = {0};
umask(0);
if(-1 == mkfifo(PATHNAME, 0644))//建立管道檔案，檔案許可權為-rw-r--r--
{
exit(EXIT_FAILURE);//若管道建立失敗，則失敗退出
}
if(-1 == (fd = open(PATHNAME, O_RDONLY)))//只讀開啟管道檔案
{
exit(EXIT_FAILURE);//如果開啟失敗，則失敗退出
}
while(1)
{
ssize_t s;
printf("please wait...\n");
s = read(fd, buf, sizeof(BUF_SIZE));
if(s <= 0)//s小於0，則讀取出現異常
break;
if(0 == strcmp(buf, "quit\n"))//若client傳送quit文字，則正常退出
{
printf("quit signal, Bye...\n");
break;
}
printf("client said: %s", buf);
fflush(stdout);
}
close(fd);
return 0;
}
/*
*client.c
*/
#include"./pipe.h"
int main()
{
int fd;
char buf[BUF_SIZE] = {0};
if(-1 == (fd = open(PATHNAME, O_WRONLY)))//只寫開啟管道檔案
{
exit(EXIT_FAILURE);//如開啟失敗，則失敗退出
}
while(1)
{
printf("client: ");
fflush(stdout);
fgets(buf, sizeof(buf), stdin);//從鍵盤獲取字串
write(fd, buf, sizeof(buf));//將獲取到的字串寫進管道
if(strcmp(buf, "quit\n"))
break;
}
close(fd);
}
管道讀寫規則
-
當沒有資料可讀時：
- O_NONBLOCK disable：read呼叫阻塞，程序暫停執行，一直等到有資料來為止。
- O_NONBLOCK enable：read返回-1，errno值為EAGAIN。
-
當管道寫滿時：
- O_NONBLOCK disable：write呼叫阻塞，直到有程序讀走資料。
- O_NONBLOCK enable：write呼叫返回-1，errno值為EAGAIN。
-
如果所有管道對應的寫端檔案描述符被關閉，則read返回0。
-
如果所有管道對應的讀端檔案描述符被關閉，則write操作會產生訊號SIGPIPE，可能會導致write退出。
-
當要寫入的資料不大於PIPE_BUF時，Linux保證寫入資料的原子性。
-
當要寫入的資料大於PIPE_BUF時，Linux不再保證寫入資料的原子性。
訊息佇列
什麼是訊息佇列
- 訊息佇列是作業系統核心提供的一個用於程序雙方通訊的佇列（連結串列）
- 程序向訊息佇列中傳送的資料塊中包含一個特有的型別，類似於標籤，用來表明該資料塊來自哪個程序。（因為程序向訊息佇列中傳送的資料塊不能被自己拿走）
- 訊息佇列每個訊息的最大長度是有上限的（MSGMAX），每個訊息佇列的總的位元組數是有上限的（MSGMNB），系統中訊息佇列的總數也是有上限的（MSGMNI）。
- 訊息佇列的生命週期是隨系統的。
IPC物件資料結構 /usr/include/linux/ipc.h
struct ipc_perm{
key_t _key; /* Key supplied to xxxget(2) */
uid_t uid; /* Effective UID of owner */
gid_t gid; /* Effective GID of owner */
uid_t cuid; /* Effective UID of Creater */
gid_t cgid; /* Effective GID of Creater */
unsigned short mode; /* Permissions */
unsigned short _seq; /* Sequeue number */
};
- _key：用來判斷兩個程序看到的訊息佇列是否為同一個訊息佇列，每一個訊息佇列的_key值是唯一的。
- 進行通訊的兩個程序獲取訊息佇列_key值的方式必須是相同的。
- ipc資源的生命週期跟隨核心的。
- ipcs -q ：檢視系統中現存的訊息佇列
- ipcrm -q msgid ：刪除訊息佇列
訊息佇列資料結構 /usr/include/linux/msg.h
struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm;
struct msg *msg_first; /* first message on queue,unused */
struct msg *msg_last; /* last message in queue,unused */
__kernel_time_t msg_stime; /* last msgsnd time */
__kernel_time_t msg_rtime; /* last msgrcv time */
__kernel_time_t msg_ctime; /* last change time */
unsigned long msg_lcbytes; /* Reuse junk fields for 32 bit */
unsigned long msg_lqbytes; /* ditto */
unsigned short msg_cbytes; /* current number of bytes on queue */
unsigned short msg_qnum; /* number of messages in queue */
unsigned short msg_qbytes; /* max number of bytes on queue */
__kernel_ipc_pid_t msg_lspid; /* pid of last msgsnd */
__kernel_ipc_pid_t msg_lrpid; /* last receive pid */
};
訊息佇列中訊息塊的資料結構（自己定義）
struct msgbuf{
long mytype;
char mtext[1];
};
- mtype：指明訊息型別，它必須大於0，類似於標籤，用來表明該資料塊來自哪個程序。
- mtext[1]：存放訊息資料，該陣列的大小可以自行定義，但不能超過系統規定的上限值。
介面：
//建立/開啟訊息佇列
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
int msgget(key_t key, int msgflg);
- key：用來判斷兩個程序看到的訊息佇列是否為同一個訊息佇列，每一個訊息佇列的_key值是唯一的。通常該處呼叫key_t ftok()函式來設定唯一鍵值。
- msgflg：
- IPC_CREAT|IPC_EXEL：建立訊息佇列，如果想要建立的訊息佇列在底層已經存在，則出錯返回；如果要建立的訊息佇列在底層不存在，則建立該訊息佇列，但不開啟。
- IPC_CREAT：開啟訊息佇列，如果想要開啟的訊息佇列在底層已經存在，則開啟該訊息佇列。
- 返回值：成功返回訊息佇列的識別符號；失敗返回-1。
//刪除訊息佇列
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
- msqid：訊息佇列識別符號。
- cmd：表示要對訊息佇列所做的操作
- IPC_RMID：立即刪除訊息佇列
- IPC_STAT：
- buf：屬性資訊，若要刪除訊息佇列，此處可以傳遞NULL
//向訊息佇列傳送資料
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
int msgsnd(int msqid, const void* msgp, size_t msgsz, int msgflg);
- msqid：訊息佇列識別符號。
- msgp：是一個指標，指向準備傳送的訊息。
- msgsz：是msgp指向的訊息⻓度，這個⻓度不含儲存訊息型別的那個long int⻓整型。
- msgflg：控制當佇列存滿或達到系統上限時要做的事情
- IPC_NOWAIT表示佇列滿不等待，返回EAGAIN錯誤
- 返回值：成功返回0；失敗返回-1。
//從訊息佇列取出資料
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
ssize_t msgrcv(int msgid, void* msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);
- msgid：訊息佇列識別符號。
- msgp：是⼀個指標，指標指向準備接收的訊息。
- msgsz：是msgp指向的訊息⻓度，這個⻓度不含儲存訊息型別的那個long int⻓整型
- msgtype：它可以實現接收優先順序的簡單形式。
- msgtype=0返回佇列第⼀條資訊
- msgtype>0返回佇列第⼀條型別等於msgtype的訊息
- msgtype<0返回佇列第⼀條型別⼩於等於msgtype絕對值的訊息，並且是滿⾜條件的訊息型別最⼩的訊息
- msgflg：控制著佇列中沒有相應型別的訊息可供接收時將要發⽣的事
- msgflg=IPC_NOWAIT，佇列沒有可讀訊息不等待，返回ENOMSG錯誤
- msgflg=MSG_NOERROR，訊息⼤⼩超過msgsz時被截斷
- msgtype>0且msgflg=MSG_EXCEPT，接收型別不等於msgtype的第⼀條訊息
- 返回值：成功返回實際放到接收緩衝區⾥去的字元個數，失敗返回-1
封裝訊息佇列介面
/*
* 注意：1.接受訊息時，如果訊息佇列裡沒有符合要求的訊息，則會發生堵塞，直至訊息佇列中出現符和要求的訊息後並讀取它
*/
#ifndef _MESSAGE_H_
#define _MESSAGE_H_
#include<sys/types.h>
#include<sys/ipc.h>
#include<sys/msg.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define PATHNAME "."
#define PRO_ID 0x6666
/*
* type定義的值必須大於0
*/
#define SERVICE_TYPE 1
#define CLIENT_TYPE 2
struct msg_buf
{
long type;
char date[1024];
};
int CreatMsg();//建立訊息佇列，成功返回訊息佇列msgid,失敗返回-1
int DestoryMsg(const int msgid);//刪除訊息佇列，成功返回0，失敗返回-1
int OpenMsg();//開啟訊息佇列，開啟成功返回訊息佇列msgid,失敗返回-1
int SendMsg(int msgid,long who ,char* msg);//向訊息佇列發訊息
int RecMsg(int msgid, long who,char msg[]);//從訊息佇列接受訊息，成功返回0，並將訊息寫入msg，失敗返回-1
#endif
//message.c
#include"./message.h"//使用時需確保標頭檔案與message.c檔案在同一級目錄下
int CreatMsg()//建立訊息佇列,成功返回訊息佇列msgid,失敗返回-1
{
umask(0);
return msgget(ftok(PATHNAME, PRO_ID),IPC_CREAT | IPC_SET | 0666);
}
int OpenMsg()//開啟訊息佇列
{
return msgget(ftok(PATHNAME, PRO_ID),IPC_CREAT);
}
int SendMsg(int msgid,long who ,char* msg)
{
struct msg_buf buf;
buf.type = who;
strcpy(buf.date, msg);
if(0 > msgsnd(msgid, (void*)&buf,sizeof(buf.date),0))
{
perror("msgsnd");
return -1;
}
return 0;
}
int RecMsg(int msgid, long who, char msg[])//從訊息佇列接受訊息
{
struct msg_buf buf;
buf.type = who;
printf("Please wait...\n");
if(-1 == msgrcv(msgid, (void*)&buf, sizeof(buf.date), buf.type,0))
{
return -1;
}
strcpy(msg, buf.date);
return 0;
}
int DestoryMsg(const int msgid)//刪除訊息佇列，成功返回0，失敗返回-1
{
return msgctl(msgid, IPC_RMID, NULL);
}
通過封裝好的訊息佇列介面實現client&service互相通訊
-
service.c & client.c 需要和標頭檔案在同一級目錄下
目錄結構
$ ls service.c client.c message.c message.h Makefile $ cat Makefile .PHONY:all all:service client service:service.c message.c gcc $^ -o [email protected] client:client.c message.c gcc $^ -o [email protected] .PHONY:clean clean: rm -f service client
//service.c
#include"./message.h"
int main()
{
int msgid;
char rec_msg[1024] = {0};
char msg[1024] ={0};
if(-1 != (msgid = CreatMsg()))
{
printf("CreatMsg success...\n");
}
if(-1 != (msgid = OpenMsg()))
{
printf("OpenMsg success...\n");
}
while(1)
{
RecMsg(msgid, CLIENT_TYPE, rec_msg);
if(0 == strcmp(rec_msg, "quit\n"))
{
printf("quit signal,Bye...\n");
break;
}
printf("client$ %s",rec_msg);
memset(rec_msg, 0, sizeof(rec_msg));
printf("service# ");
fflush(stdout);
memset(msg, 0, sizeof(msg));
fgets(msg, sizeof(msg), stdin);
SendMsg(msgid, SERVICE_TYPE, msg);
}
DestoryMsg(msgid);
return 0;
}
//client.c
#include"./message.h"
int main()
{
int msgid;
char msg[1024] = {0};
char rec_msg[1024] = {0};
if(-1 != (msgid = OpenMsg()))
{
printf("OpenMsg success...\n");
}
while(1)
{
printf("client# ");
fflush(stdout);
memset(msg, 0, sizeof(msg));
fgets(msg, sizeof(msg)
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2、程序管道
1）、popen函式
#include<stdio.h>
FILE *