IPC和管道简介

本文出自:http://www.china-pub.com 作者: 黄浩文 (2001-08-08 09:00:00)
1 Interprocess Communication (IPC)和管道Pipes
在UNIX的内核环境中，要解决的一个首要问题是：如何控制和处理不同进程之间的通信和数据交换。
本章中我们将通过研究一个简单的实例，看看在同一台机器的UNIX环境下多个进程是如何运行和被我们控制的
（使用fork()方法）。
能够实现进程间通信的方法有：
· Pipes
· Signals
· Message Queues
· Semaphores
· Shared Memory
· Sockets
本文先学习如何使用Pipes 方法来实现两个进程间的通信，而其它进程间通信的方法我们将在接下来的文章
中详细讨论。
在UNIX环境下可以使用两种方式打开一个管道：Formatted Piping方式和Low Level Piping方式。
1.1 popen() -- Formatted Piping
FILE *popen(char *command, char *type)
描述了打开一个I/O管道的方法。
其中command参数描述创建管道的进程，type参数描述了管道打开的类型："r"表示以读方式打开，"w"表示以
写方式打开。
popen()的返回值是一个指针流或NULL指针（出现错误时）。
使用popen()方法打开的管道，在使用完毕后必须用pclose(FILE *stream)方法关闭。
用户界面可以通过fprintf()和fscanf()方法来实现和管道的通信。
1.2 pipe() -- Low level Piping
int pipe(int fd[2])
将创建一个管道和两个文件描述符：fd[0], fd[1]。
其中fd[0] 文件描述符将用于读操作，而fd[1] 文件描述符将用于写操作。
pipe()的成功返回值是0，如果创建失败将返回-1并将失败原因记录在errno中。
使用int pipe(int fd[2])创建管道的标准编程模式如下：
1） 创建管道；
2） 使用fork( )方法创建两个（或多个）相关联的进程；
3） 使用read()和write()方法操作管道；
4） 管道使用完毕后用close(int fd)方法关闭管道。
下一段程序中使用了该种Low Level Piping的方法，实现了父进程对子进程的写操作：
int pdes[2];
pipe(pdes);
if ( fork() == 0 )
{/* child */
close(pdes[1]); /* not required */
read( pdes[0]); /* read from parent */
.....
}
else
{ close(pdes[0]); /* not required */
write( pdes[1]); /* write to child */
.....
}
1.4 应用实例分析
本节提供了一个完整的管道应用实例，其结构说明如下：
1） 实例含有两个程序模块plot.c (主程序)和plotter.c；
2） 程序运行在Solaris2.6环境下并必须预先安装了GNU的免费画图软件gnuplot 在以下目录：/usr/local/bin/；
3） 程序plot.c调用gnuplot；
4） Plot将产生两个数据流：
y = sin(x)
y = sin(1/x)
5） 程序将创建两个管道：每个数据流对应一个管道。
本实例在Solaris2.6的UNIX环境下调试通过。
plot.c程序的源代码如下：
/* plot.c - example of unix pipe. Calls gnuplot graph drawing package to draw
graphs from within a C program. Info is piped to gnuplot */
/* Creates 2 pipes one will draw graphs of y=0.5 and y = random 0-1.0 */
/* the other graphs of y = sin (1/x) and y = sin x */
/* Also user a plotter.c module */
/* compile: cc -o plot plot.c plotter.c */
#include "externals.h"
#include
#define DEG_TO_RAD(x) (x*180/M_PI)
double drand48();
void quit();
FILE *fp1, *fp2, *fp3, *fp4, *fopen();
main()
{ float i;
float y1,y2,y3,y4;
/* open files which will store plot data */
if ( ((fp1 = fopen("plot11.dat","w")) == NULL) ||
((fp2 = fopen("plot12.dat","w")) == NULL) ||
((fp3 = fopen("plot21.dat","w")) == NULL) ||
((fp4 = fopen("plot22.dat","w")) == NULL) )
{ printf("Error can‘t open one or more data files\n");
exit(1);
}
signal(SIGINT,quit); /* trap ctrl-c call quit fn */
StartPlot();
y1 = 0.5;
srand48(1); /* set seed */
for (i=0;;i+=0.01) /* increment i forever use ctrl-c to quit prog */
{ y2 = (float) drand48();
if (i == 0.0)
y3 = 0.0;
else
y3 = sin(DEG_TO_RAD(1.0/i));
y4 = sin(DEG_TO_RAD(i));
/* load files */
fprintf(fp1,"%f %f\n",i,y1);
fprintf(fp2,"%f %f\n",i,y2);
fprintf(fp3,"%f %f\n",i,y3);
fprintf(fp4,"%f %f\n",i,y4);
/* make sure buffers flushed so that gnuplot */
/* reads up to data file */
fflush(fp1);
fflush(fp2);
fflush(fp3);
fflush(fp4);
/* plot graph */
PlotOne();
usleep(250); /* sleep for short time */
}
}
void quit()
{ printf("\nctrl-c caught:\n Shutting down pipes\n");
StopPlot();
printf("closing data files\n");
fclose(fp1);
fclose(fp2);
fclose(fp3);
fclose(fp4);
printf("deleting data files\n");
RemoveDat();
}
The plotter.c module is as follows:
/* plotter.c module */
/* contains routines to plot a data file produced by another program */
/* 2d data plotted in this version */
/**********************************************************************/
#include "externals.h"
static FILE *plot1,
*plot2,
*ashell;
static char *startplot1 = "plot [] [0:1.1]‘plot11.dat‘ with lines,
‘plot12.dat‘ with lines\n";
static char *startplot2 = "plot ‘plot21.dat‘ with lines,
‘plot22.dat‘ with lines\n";
static char *replot = "replot\n";
static char *command1= "/usr/local/bin/gnuplot> dump1";
static char *command2= "/usr/local/bin/gnuplot> dump2";
static char *deletefiles = "rm plot11.dat plot12.dat plot21.dat plot22.dat";
static char *set_term = "set terminal x11\n";
void
StartPlot(void)
{ plot1 = popen(command1, "w");
fprintf(plot1, "%s", set_term);
fflush(plot1);
if (plot1 == NULL)
exit(2);
plot2 = popen(command2, "w");
fprintf(plot2, "%s", set_term);
fflush(plot2);
if (plot2 == NULL)
exit(2);
}
void
RemoveDat(void)
{ ashell = popen(deletefiles, "w");
exit(0);
}
void
StopPlot(void)
{ pclose(plot1);
pclose(plot2);
}
void
PlotOne(void)
{ fprintf(plot1, "%s", startplot1);
fflush(plot1);
fprintf(plot2, "%s", startplot2);
fflush(plot2);
}
void
RePlot(void)
{ fprintf(plot1, "%s", replot);
fflush(plot1);
}
The header file externals.h contains the following:
/* externals.h */
#ifndef EXTERNALS
#define EXTERNALS
#include
#include
#include
/* prototypes */
void StartPlot(void);
void RemoveDat(void);
void StopPlot(void);
void PlotOne(void);
void RePlot(void);
#endif
作者的电子邮件地址是：vong@21cn.com