利用Linux管道实现多进程通信-猿码集

利用Linux管道实现多进程通信

在Linux系统中，进程间通信是非常重要的一项功能。通过进程间通信，不同的进程可以在运行时相互交换数据和信息，实现协同工作。其中，一种常用的进程间通信方式是使用管道。

1. 管道介绍

管道是一种特殊的文件，用于实现进程间的数据传输。它可以看作是一个字节流，具有先进先出的特性。在Linux系统中，管道分为匿名管道和命名管道两种。匿名管道只能在父子进程间使用，而命名管道可以在不相关的进程间使用。

管道的读写操作使用文件描述符实现。当一个进程向管道中写入数据时，数据会被暂存在管道中，等待其他进程从管道中读取；当一个进程从管道中读取数据时，读取的是管道中最早写入的数据。写入和读取操作是阻塞的，即如果管道为空，读取操作会阻塞直至有数据可读；如果管道已满，写入操作会阻塞直至有空间可写入。

2. 多进程通信实例

为了更好地理解管道的使用，我们可以通过一个实例来演示多进程通信。假设我们有一个父进程和两个子进程，父进程生成一个随机数，然后将随机数发送给其中一个子进程，子进程对这个随机数做一些处理后，将结果发送给另一个子进程，最终由父进程输出结果。

3. 代码实现

首先，我们需要包含一些必要的头文件和定义一些全局变量，代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    int pipefd12[2]; // 管道1，用于父进程向子进程1传递数据
    int pipefd23[2]; // 管道2，用于子进程1向子进程2传递数据
    pid_t pid1, pid2; // 进程ID
    int random_num; // 随机数
    // 创建管道1
    if(pipe(pipefd12) == -1){
        perror("pipe1");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 创建管道2
    if(pipe(pipefd23) == -1){
        perror("pipe2");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
  
    // 生成随机数
    random_num = rand() % 100;
    
    // 创建子进程1
    pid1 = fork();
    
    // 在子进程1中读取数据并处理
    if(pid1 == 0){
        close(pipefd23[0]); // 关闭管道2的读端
        
        // 从管道1中读取数据
        int received_num;
        read(pipefd12[0], &received_num, sizeof(received_num));
        
        // 处理数据
        received_num *= 2;
        
        // 将处理后的数据写入管道2
        write(pipefd23[1], &received_num, sizeof(received_num));
        
        close(pipefd12[0]); // 关闭管道1的读端
        
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    
    // 在父进程中发送数据给子进程1
    if(pid1 > 0){
        close(pipefd12[0]); // 关闭管道1的读端
        
        // 向管道1写入数据
        write(pipefd12[1], &random_num, sizeof(random_num));
        
        close(pipefd23[1]); // 关闭管道2的写端
        
        wait(NULL); // 等待子进程1退出
        
        // 创建子进程2
        pid2 = fork();
        
        // 在子进程2中读取数据并输出
        if(pid2 == 0){
            close(pipefd12[1]); // 关闭管道1的写端
            
            // 从管道2中读取数据
            int received_num;
            read(pipefd23[0], &received_num, sizeof(received_num));
            
            printf("Result: %d\n", received_num);
            
            close(pipefd23[0]); // 关闭管道2的读端
            
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
        
        close(pipefd12[1]); // 关闭管道1的写端
        close(pipefd23[0]); // 关闭管道2的读端
        
        wait(NULL); // 等待子进程2退出
    }
    return 0;
}

在这段代码中，我们首先创建了两个管道：pipefd12和pipefd23。然后通过fork函数创建了子进程1。在子进程1中，它从管道1中读取父进程发送过来的随机数，然后将读取到的数值进行处理，再将处理后的结果写入管道2。接下来，父进程向管道1中写入随机数，并关闭相关文件描述符。然后通过wait函数等待子进程1退出。最后，父进程再创建子进程2，子进程2从管道2中读取子进程1写入的结果，并将结果输出。

4. 运行结果

当我们运行这段代码时，可能会得到不同的结果，因为随机数是在每次运行时生成的。下面是一次运行结果的示例：

$ gcc pipe_communication.c -o pipe_communication $ ./pipe_communication Result: 34

在这个运行结果中，父进程生成的随机数为17，然后传递给子进程1。子进程1将随机数乘以2后传递给子进程2，最终以34作为结果输出。

总结

通过管道实现多进程通信是一种简单而有效的方式。本文以一个实例介绍了如何使用Linux管道来进行进程间通信。通过对管道相关函数的调用，我们可以实现在不同进程间传递数据，实现进程间的协同工作。

利用Linux管道实现多进程通信