?? 14.htm
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<title>C:\WINDOWS\Desktop\UnixProg\7.htm</title>
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<font SIZE="2">
<h1 align="center">第十四章； 進程間通信 </h1>
<p>14.1 介紹 </p>
<p>在第八章中，我們說明了進程控制原語并且觀察了如何調用多個進程。但是這些進
</p>
<p>程之間交換信息的唯一方法是經由fork或exec傳送打開文件，或通過文件系統。現
</p>
<p>在，我們說明進程之間相互通信的其它技術-IPC（interprocess
communication） </p>
<p>。 </p>
<p>Unix IPC已經是而且繼續是各種進程通信方式的統稱，其中極少能在所有Unix的實
</p>
<p>現中進行移植。圖14.1摘要列出了不同實現所支持的不同形式的IPC。
</p>
<p>圖14.1 UNIX IPC 摘要 </p>
<p>正如上圖所示，不管哪一種Unix實現，我們都可依靠的唯一一種IPC是半雙工的管
</p>
<p>道（pipes）。圖中前7種IPC通常限于同一臺主機的各個進程間的IPC。最后二種；
</p>
<p>套接口和流，是支持不同主機上各個進程間IPC。（關于網絡IPC的詳細情況，請參
</p>
<p>見Stevens[1990]。）雖然中間三種形式的IPC（消息隊列、信號量以及共享存儲器
</p>
<p>）在圖中說明為只受到系統V的支持，但是在大多數制造商所支持的，從貝克萊Un
</p>
<p>ix導出的Unix系統中（例如，SunOS以及Ultrix），已經添加了這三種形式的IPC。
</p>
<p>幾個Posix小組正在對IPC進行工作，但是最后結果還不很清楚，在1994年
</p>
<p>甚至 </p>
<p>更遲一點與IPC有關的Posix可能還不會制定出來。 </p>
<p>我們已將與IPC有關的討論分成兩章。在本章中，我們討論經典的IPC；管道、FIF
</p>
<p>O、消息隊列、信號量以及共享存儲器。在下一章中，我們將觀察SVR4和4.3+BSD共
</p>
<p>同支持的IPC的某些高級特征，包括；流管道和命名的流管道，以及用這些更高級
</p>
<p>形式IPC，我們可以做的一些事情。 </p>
<p>14.2 管道 </p>
<p>管道是Unix IPC的最老形式，并且所有Unix系統都提供此種通信機制，管道有兩種
</p>
<p>限制； </p>
<p>1. 它們是半雙工的。數據只在一個方向流動。 </p>
<p>2.
它們只能在具有公共祖先的進程之間使用。通常，一個管道由一個進程創建，
</p>
<p>然后該進程調用fork，此后父、子進程之間就可應用該管道。 </p>
<p>我們將會看到流管道（15.2節）沒有第一種限制，FIFO（14.5節）和命名流管道（
</p>
<p>15.5節）則沒有第二種限制。盡管有這兩種限制，半雙工管道仍是最常用的IPC形
</p>
<p>式。 </p>
<p>管道是由調用pipe函數而創建的。 </p>
<p>#include <unistd.h> </p>
<p>int pipe(int filedes[2]) ; </p>
<p>返回：若成功為0，出錯為-1 </p>
<p>經由參數filedes返回兩個文件描述符；filedes[0]是為讀而打開，filedes[1]是
</p>
<p>為寫而打開的。filedes[1]的輸出是filedes[0]的輸入。 </p>
<p>有兩種方法來描畫一個管道，如圖14.2中所示。左半圖顯示了管道的兩端在一個進
</p>
<p>甚至 </p>
<p>更遲一點與IPC有關的Posix可能還不會制定出來。 </p>
<p>我們已將與IPC有關的討論分成兩章。在本章中，我們討論經典的IPC；管道、FIF
</p>
<p>O、消息隊列、信號量以及共享存儲器。在下一章中，我們將觀察SVR4和4.3+BSD共
</p>
<p>同支持的IPC的某些高級特征，包括；流管道和命名的流管道，以及用這些更高級
</p>
<p>形式IPC，我們可以做的一些事情。 </p>
<p>14.2 管道 </p>
<p>管道是Unix IPC的最老形式，并且所有Unix系統都提供此種通信機制，管道有兩種
</p>
<p>限制； </p>
<p>1. 它們是半雙工的。數據只在一個方向流動。 </p>
<p>2.
它們只能在具有公共祖先的進程之間使用。通常，一個管道由一個進程創建，
</p>
<p>然后該進程調用fork，此后父、子進程之間就可應用該管道。 </p>
<p>我們將會看到流管道（15.2節）沒有第一種限制，FIFO（14.5節）和命名流管道（
</p>
<p>15.5節）則沒有第二種限制。盡管有這兩種限制，半雙工管道仍是最常用的IPC形
</p>
<p>式。 </p>
<p>管道是由調用pipe函數而創建的。 </p>
<p>#include <unistd.h> </p>
<p>int pipe(int filedes[2]) ; </p>
<p>返回：若成功為0，出錯為-1 </p>
<p>經由參數filedes返回兩個文件描述符；filedes[0]是為讀而打開，filedes[1]是
</p>
<p>為寫而打開的。filedes[1]的輸出是filedes[0]的輸入。 </p>
<p>有兩種方法來描畫一個管道，如圖14.2中所示。左半圖顯示了管道的兩端在一個進
</p>
<p>圖14.4 從父進程到子進程的管道 </p>
<p>對于從子進程到父進程的管道，父進程關閉 fd[1]，子進程關閉fd[0]。
</p>
<p>當管道的一端被關閉后，下列規定起作用； </p>
<p>1. 當讀一個寫端已被關閉的管道時，在所有數據都被讀取后，read返回0，以指示
</p>
<p>達到了文件結束處。（從技術方面考慮，在管道的寫端還有進程時，就不會產生文
</p>
<p>件的結束。可以復制一個管道的描述符，使得有多個進程具有寫打開文件描述符。
</p>
<p>但是，通常一個管道只有一個讀進程，一個寫進程。在下一節介紹FIFO時，我們會
</p>
<p>看到對于一個單一的FIFO常常有多個寫進程）。 </p>
<p>2. 如果寫一個讀端已被關閉的管道，則產生信號SIGPIPE。如果忽略該信號或者捕
</p>
<p>捉該信號并從其處理程序返回，則Write出錯返回，errno設置為EPIPE。
</p>
<p>在寫管道時，常數PIPE_BUF規定了核中管道緩存器的大小。如果對管道進行write
</p>
<p>調用，而且要求寫的字節數小于等于PIPE_BUF，則此操作不會與其它進程對同一管
</p>
<p>道（或FIFO）的write操作穿插進行。但是，若有多個進程同時寫一個管道（或FI
</p>
<p>FO），而且某個或某些進程要求寫的字節數超過PIPE_BUF字節數，則數據可能會與
</p>
<p>其它寫操作的數據相穿插。 </p>
<p>實例 </p>
<p>程序14.1中創建了一個從父進程到子進程的管道，并且父進程經由該管道向子
</p>
<p>進程傳送數據。 </p>
<p>#include "ourhdr.h" </p>
<p>int </p>
<p>main(void) </p>
<p>{ </p>
<p>int n, fd[2]; </p>
<p>pid_t pid; </p>
<p>char line[MAXLINE]; </p>
<p>if (pipe(fd) < 0) </p>
<p>err_sys("pipe error"); </p>
<p>if ( (pid = fork()) < 0) </p>
<p>err_sys("fork error"); </p>
<p>else if (pid > 0) { /* parent */ </p>
<p>close(fd[0]); </p>
<p>write(fd[1], "hello world\n", 12); </p>
<p>} else { /* child */ </p>
<p>close(fd[1]); </p>
<p>n = read(fd[0], line, MAXLINE); </p>
<p>write(STDOUT_FILENO, line, n); </p>
<p>} </p>
<p>exit(0); </p>
<p>} </p>
<p>程序14.1 經由管道父進程向子進程傳送數據 </p>
<p>在上面的例子中，我們直接對管道描述符調用read和write。更為有益的是將管道
</p>
<p>描述符復制為標準輸入和標準輸出。在此之后通常子進程調用exec，執行另一道程
</p>
<p>序，開從標準輸入（已創建的管道）或將數據寫至其標準輸出（管道）。
</p>
<p>實例 </p>
<p>讓我們編寫一道程序，其功能是每次一頁顯示已產生的輸出。已經有很多Unix公用
</p>
<p>程序具有分頁功能，因此我們無需再構造一個新的分頁程序，而是調用用戶最喜愛
</p>
<p>的分頁程序。為了避免先將所有數據寫到一個臨時文件中，然后再調用系統中有關
</p>
<p>程序顯示該文件，我們希望將輸出通過管道直接送到分頁程序。為此，先創建一個
</p>
<p>管道，一個子進程，使子進程的標準輸入成為管道的讀端，然后exec用戶喜愛的分
</p>
<p>頁程序。程序１４.２顯示了如何實現這些操作。（本例要求在命令行中有一個參
</p>
<p>數說明要顯示的文件的名稱。通常，這種類型的程序要求在終端上顯示的數據已經
</p>
<p>在存儲器中。） </p>
<p>#include <sys/wait.h> </p>
<p>#include "ourhdr.h" </p>
<p>#define DEF_PAGER "/usr/bin/more" /* default pager program */ </p>
<p>int </p>
<p>main(int argc, char *argv[]) </p>
<p>{ </p>
<p>int n, fd[2]; </p>
<p>pid_t pid; </p>
<p>char line[MAXLINE], *pager, *argv0; </p>
<p>FILE *fp; </p>
<p>if (argc != 2) </p>
<p>err_quit("usage: a.out <pathname>"); </p>
<p>if ( (fp = fopen(argv[1], "r")) == NULL) </p>
<p>err_sys("can't open %s", argv[1]); </p>
<p>if (pipe(fd) < 0) </p>
<p>err_sys("pipe error"); </p>
<p>if ( (pid = fork()) < 0) </p>
<p>err_sys("fork error"); </p>
<p>else if (pid > 0) { </p>
<p>/* parent */ </p>
<p>close(fd[0]); /* close read end */ </p>
<p>/* parent copies argv[1] to pipe */ </p>
<p>while (fgets(line, MAXLINE, fp) != NULL) { </p>
<p>n = strlen(line); </p>
<p>if (write(fd[1], line, n) != n) </p>
<p>err_sys("write error to pipe"); </p>
<p>} </p>
<p>if (ferror(fp)) </p>
<p>err_sys("fgets error"); </p>
<p>close(fd[1]); /* close write end of pipe for reader */ </p>
<p>if (waitpid(pid, NULL, 0) < 0) </p>
<p>err_sys("waitpid error"); </p>
<p>exit(0); </p>
<p>} else { </p>
<p>/* child */ </p>
<p>close(fd[1]); /* close write end */ </p>
<p>if (fd[0] != STDIN_FILENO) { </p>
<p>if (dup2(fd[0], STDIN_FILENO) != STDIN_FILENO) </p>
<p>err_sys("dup2 error to stdin"); </p>
<p>close(fd[0]); /* don't need this after dup2 */ </p>
<p>} </p>
<p>/* get arguments for execl() */ </p>
<p>if ( (pager = getenv("PAGER")) == NULL) </p>
<p>pager = DEF_PAGER; </p>
<p>if ( (argv0 = strrchr(pager, '/')) != NULL) </p>
<p>argv0++; /* step past rightmost slash */ </p>
<p>else </p>
<p>argv0 = pager; /* no slash in pager */ </p>
<p>if (execl(pager, argv0, (char *) 0) < 0) </p>
<p>err_sys("execl error for %s", pager); </p>
<p>} </p>
<p>} </p>
<p>程序14.2 將文件復制到分頁程序 </p>
<p>在調用fork之前先創建一個pipe。fork之后父進程關閉其讀端，子進程關閉其寫端
</p>
<p>。子進程然后調用dup2，使其標準輸入成為管道的讀端。當執行分頁程序時，其標
</p>
<p>準輸入將是管道的讀端。 </p>
<p>當我們將一個描述符復制到另一個時（在子進程中，fd[0]復制到標準輸入），應
</p>
<p>當注意該描述符的值并不已經是所希望的值。如果該描述符已經具有所希望的值，
</p>
<p>并且我們先調用dup2，然后close則將關閉在此進程中只有該單個描述符所代表的
</p>
<p>打開文件。（請回憶3.12節中所述，當dup2中的兩個參數值相等時的操作。）在本
</p>
<p>程序中，如果shell沒有打開標準輸入，那么程序開始處的fopen應已使用描述符0
</p>
<p>，也就是最小末使用的描述符，所以fd[0]決不會等于標準輸入。盡管如此，只要
</p>
<p>先調用dup2，然后close以復制一個描述符到另一個，作為一種保護性的編程措施
</p>
<p>，我們總是先將兩個描述符進行比較。 </p>
<p>請注意，我們是如何使用環境變量PAGER而獲得用戶分頁程序名稱的。如果這種操
</p>
<p>作沒有成功，則使用系統默認值。這是環境變量的常見用法。 </p>
<p>實例 </p>
<p>請回憶8.8節中的五個函數TELL_WAIT、TELL_PARENT、TELL_CHILD、WAIT_PARENT以 </p>
<p>及WAIT_CHILD。在程序10.17中，我們提供了一個使用信號的實現。程序14.3則是
</p>
<p>一個使用管道的實現。 </p>
<p>如圖14.5所示，我們在fork之前創建了兩個管道。 </p>
<p>圖14.5 用兩個管道實現父-子進程的同步 </p>
<p>父進程在調用TELL_CHILD時經由上一個管道寫一個字符"P"，子進程在調用TELL_P
</p>
<p>ARENT時，經由下一個管道寫一個字符"C"。相應的WAIT_XXX函數調用read讀一個字
</p>
<p>符，沒有讀到字符時阻塞（睡眠等待）。 </p>
<p>請注意，每一個管道都有一個額外的讀取進程，這沒有關系。也就是說除了子進程
</p>
<p>從pfd1[0]讀取，父進程也有上一個管道的讀端。因為父進程并沒有執行對該管道
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