?? 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(jìn)程間通信 </h1>
<p>14.1 介紹 </p>
<p>在第八章中，我們說明了進(jìn)程控制原語并且觀察了如何調(diào)用多個進(jìn)程。但是這些進(jìn)
</p>
<p>程之間交換信息的唯一方法是經(jīng)由fork或exec傳送打開文件，或通過文件系統(tǒng)。現(xiàn)
</p>
<p>在，我們說明進(jìn)程之間相互通信的其它技術(shù)-IPC（interprocess
communication） </p>
<p>。 </p>
<p>Unix IPC已經(jīng)是而且繼續(xù)是各種進(jìn)程通信方式的統(tǒng)稱，其中極少能在所有Unix的實(shí)
</p>
<p>現(xiàn)中進(jìn)行移植。圖14.1摘要列出了不同實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)，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(jī)的各個進(jìn)程間的IPC。最后二種；
</p>
<p>套接口和流，是支持不同主機(jī)上各個進(jìn)程間IPC。（關(guān)于網(wǎng)絡(luò)IPC的詳細(xì)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(tǒng)V的支持，但是在大多數(shù)制造商所支持的，從貝克萊Un
</p>
<p>ix導(dǎo)出的Unix系統(tǒng)中（例如，SunOS以及Ultrix），已經(jīng)添加了這三種形式的IPC。
</p>
<p>幾個Posix小組正在對IPC進(jìn)行工作，但是最后結(jié)果還不很清楚，在1994年
</p>
<p>甚至 </p>
<p>更遲一點(diǎn)與IPC有關(guān)的Posix可能還不會制定出來。 </p>
<p>我們已將與IPC有關(guān)的討論分成兩章。在本章中，我們討論經(jīng)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(tǒng)都提供此種通信機(jī)制，管道有兩種
</p>
<p>限制； </p>
<p>1. 它們是半雙工的。數(shù)據(jù)只在一個方向流動。 </p>
<p>2.
它們只能在具有公共祖先的進(jìn)程之間使用。通常，一個管道由一個進(jìn)程創(chuàng)建，
</p>
<p>然后該進(jìn)程調(diào)用fork，此后父、子進(jìn)程之間就可應(yīng)用該管道。 </p>
<p>我們將會看到流管道（15.2節(jié)）沒有第一種限制，F(xiàn)IFO（14.5節(jié)）和命名流管道（
</p>
<p>15.5節(jié)）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(diào)用pipe函數(shù)而創(chuàng)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(jīng)由參數(shù)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(jìn)
</p>
<p>甚至 </p>
<p>更遲一點(diǎn)與IPC有關(guān)的Posix可能還不會制定出來。 </p>
<p>我們已將與IPC有關(guān)的討論分成兩章。在本章中，我們討論經(jīng)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(tǒng)都提供此種通信機(jī)制，管道有兩種
</p>
<p>限制； </p>
<p>1. 它們是半雙工的。數(shù)據(jù)只在一個方向流動。 </p>
<p>2.
它們只能在具有公共祖先的進(jìn)程之間使用。通常，一個管道由一個進(jìn)程創(chuàng)建，
</p>
<p>然后該進(jìn)程調(diào)用fork，此后父、子進(jìn)程之間就可應(yīng)用該管道。 </p>
<p>我們將會看到流管道（15.2節(jié)）沒有第一種限制，F(xiàn)IFO（14.5節(jié)）和命名流管道（
</p>
<p>15.5節(jié)）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(diào)用pipe函數(shù)而創(chuàng)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(jīng)由參數(shù)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(jìn)
</p>
<p>圖14.4 從父進(jìn)程到子進(jìn)程的管道 </p>
<p>對于從子進(jìn)程到父進(jìn)程的管道，父進(jìn)程關(guān)閉 fd[1]，子進(jìn)程關(guān)閉fd[0]。
</p>
<p>當(dāng)管道的一端被關(guān)閉后，下列規(guī)定起作用； </p>
<p>1. 當(dāng)讀一個寫端已被關(guān)閉的管道時，在所有數(shù)據(jù)都被讀取后，read返回0，以指示
</p>
<p>達(dá)到了文件結(jié)束處。（從技術(shù)方面考慮，在管道的寫端還有進(jìn)程時，就不會產(chǎn)生文
</p>
<p>件的結(jié)束。可以復(fù)制一個管道的描述符，使得有多個進(jìn)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(jìn)程，一個寫進(jìn)程。在下一節(jié)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(jìn)程）。 </p>
<p>2. 如果寫一個讀端已被關(guān)閉的管道，則產(chǎn)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(shè)置為EPIPE。
</p>
<p>在寫管道時，常數(shù)PIPE_BUF規(guī)定了核中管道緩存器的大小。如果對管道進(jìn)行write
</p>
<p>調(diào)用，而且要求寫的字節(jié)數(shù)小于等于PIPE_BUF，則此操作不會與其它進(jìn)程對同一管
</p>
<p>道（或FIFO）的write操作穿插進(jìn)行。但是，若有多個進(jìn)程同時寫一個管道（或FI
</p>
<p>FO），而且某個或某些進(jìn)程要求寫的字節(jié)數(shù)超過PIPE_BUF字節(jié)數(shù)，則數(shù)據(jù)可能會與
</p>
<p>其它寫操作的數(shù)據(jù)相穿插。 </p>
<p>實(shí)例 </p>
<p>程序14.1中創(chuàng)建了一個從父進(jìn)程到子進(jìn)程的管道，并且父進(jìn)程經(jīng)由該管道向子
</p>
<p>進(jìn)程傳送數(shù)據(jù)。 </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(jīng)由管道父進(jìn)程向子進(jìn)程傳送數(shù)據(jù) </p>
<p>在上面的例子中，我們直接對管道描述符調(diào)用read和write。更為有益的是將管道
</p>
<p>描述符復(fù)制為標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出。在此之后通常子進(jìn)程調(diào)用exec，執(zhí)行另一道程
</p>
<p>序，開從標(biāo)準(zhǔn)輸入（已創(chuàng)建的管道）或?qū)?shù)據(jù)寫至其標(biāo)準(zhǔn)輸出（管道）。
</p>
<p>實(shí)例 </p>
<p>讓我們編寫一道程序，其功能是每次一頁顯示已產(chǎn)生的輸出。已經(jīng)有很多Unix公用
</p>
<p>程序具有分頁功能，因此我們無需再構(gòu)造一個新的分頁程序，而是調(diào)用用戶最喜愛
</p>
<p>的分頁程序。為了避免先將所有數(shù)據(jù)寫到一個臨時文件中，然后再調(diào)用系統(tǒng)中有關(guān)
</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(chuàng)建一個
</p>
<p>管道，一個子進(jìn)程，使子進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)這些操作。（本例要求在命令行中有一個參
</p>
<p>數(shù)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(shù)據(jù)已經(jīng)
</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(fù)制到分頁程序 </p>
<p>在調(diào)用fork之前先創(chuàng)建一個pipe。fork之后父進(jìn)程關(guān)閉其讀端，子進(jìn)程關(guān)閉其寫端
</p>
<p>。子進(jìn)程然后調(diào)用dup2，使其標(biāo)準(zhǔn)輸入成為管道的讀端。當(dāng)執(zhí)行分頁程序時，其標(biāo)
</p>
<p>準(zhǔn)輸入將是管道的讀端。 </p>
<p>當(dāng)我們將一個描述符復(fù)制到另一個時（在子進(jìn)程中，fd[0]復(fù)制到標(biāo)準(zhǔn)輸入），應(yīng)
</p>
<p>當(dāng)注意該描述符的值并不已經(jīng)是所希望的值。如果該描述符已經(jīng)具有所希望的值，
</p>
<p>并且我們先調(diào)用dup2，然后close則將關(guān)閉在此進(jìn)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(jié)中所述，當(dāng)dup2中的兩個參數(shù)值相等時的操作。）在本
</p>
<p>程序中，如果shell沒有打開標(biāo)準(zhǔn)輸入，那么程序開始處的fopen應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)輸入。盡管如此，只要
</p>
<p>先調(diào)用dup2，然后close以復(fù)制一個描述符到另一個，作為一種保護(hù)性的編程措施
</p>
<p>，我們總是先將兩個描述符進(jìn)行比較。 </p>
<p>請注意，我們是如何使用環(huán)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(tǒng)默認(rèn)值。這是環(huán)境變量的常見用法。 </p>
<p>實(shí)例 </p>
<p>請回憶8.8節(jié)中的五個函數(shù)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(shí)現(xiàn)。程序14.3則是
</p>
<p>一個使用管道的實(shí)現(xiàn)。 </p>
<p>如圖14.5所示，我們在fork之前創(chuàng)建了兩個管道。 </p>
<p>圖14.5 用兩個管道實(shí)現(xiàn)父-子進(jìn)程的同步 </p>
<p>父進(jìn)程在調(diào)用TELL_CHILD時經(jīng)由上一個管道寫一個字符"P"，子進(jìn)程在調(diào)用TELL_P
</p>
<p>ARENT時，經(jīng)由下一個管道寫一個字符"C"。相應(yīng)的WAIT_XXX函數(shù)調(diào)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(jìn)程，這沒有關(guān)系。也就是說除了子進(jìn)程
</p>
<p>從pfd1[0]讀取，父進(jìn)程也有上一個管道的讀端。因為父進(jìn)程并沒有執(zhí)行對該管道
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