From 47d7e9bd6c8ac186bc03ac8b1de1a46efddca7cb Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: riba2534 Date: Tue, 22 Jan 2019 11:37:58 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?=E5=AE=8C=E6=88=90=E4=BA=86=E7=AC=AC=2011=20?= =?UTF-8?q?=E7=AB=A0=20=E8=BF=9B=E7=A8=8B=E9=97=B4=E9=80=9A=E4=BF=A1?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- README.md | 228 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ch11/README.md | 227 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ch11/echo_storeserv.c | 102 +++++++++++++++++++ ch11/pipe1.c | 24 +++++ ch11/pipe2.c | 30 ++++++ ch11/pipe3.c | 28 ++++++ 6 files changed, 639 insertions(+) create mode 100644 ch11/README.md create mode 100644 ch11/echo_storeserv.c create mode 100644 ch11/pipe1.c create mode 100644 ch11/pipe2.c create mode 100644 ch11/pipe3.c diff --git a/README.md b/README.md index 5c2d570..d4b9df2 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -2925,6 +2925,234 @@ gcc echo_mpclient.c -o eclient ### 11.1 进程间通信的基本概念 +#### 11.1.1 通过管道实现进程间通信 + +下图是基于管道（PIPE）的进程间通信的模型： + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kFlk0s.png) + +可以看出，为了完成进程间通信，需要创建进程。管道并非属于进程的资源，而是和套接字一样，属于操作系统（也就不是 fork 函数的复制对象）。所以，两个进程通过操作系统提供的内存空间进行通信。下面是创建管道的函数。 + +```c +#include +int pipe(int filedes[2]); +/* +成功时返回 0 ，失败时返回 -1 +filedes[0]: 通过管道接收数据时使用的文件描述符，即管道出口 +filedes[1]: 通过管道传输数据时使用的文件描述符，即管道入口 +*/ +``` + +父进程创建函数时将创建管道，同时获取对应于出入口的文件描述符，此时父进程可以读写同一管道。但父进程的目的是与子进程进行数据交换，因此需要将入口或出口中的 1 个文件描述符传递给子进程。下面的例子是关于该函数的使用方法： + +- [pipe1.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch11/pipe1.c) + +```c +#include +#include +#define BUF_SIZE 30 + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int fds[2]; + char str[] = "Who are you?"; + char buf[BUF_SIZE]; + pid_t pid; + // 调用 pipe 函数创建管道，fds 数组中保存用于 I/O 的文件描述符 + pipe(fds); + pid = fork(); //子进程将同时拥有创建管道获取的2个文件描述符，复制的并非管道，而是文件描述符 + if (pid == 0) + { + write(fds[1], str, sizeof(str)); + } + else + { + read(fds[0], buf, BUF_SIZE); + puts(buf); + } + return 0; +} +``` + +编译运行： + +```shell +gcc pipe1.c -o pipe1 +./pipe1 +``` + +结果： + +``` +Who are you? +``` + +可以从程序中看出，首先创建了一个管道，子进程通过 fds[1] 把数据写入管道，父进程从 fds[0] 再把数据读出来。可以从下图看出： + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kF8A7d.png) + +#### 11.1.2 通过管道进行进程间双向通信 + +下图可以看出双向通信模型： + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kF84De.png) + +下面是双向通信的示例： + +- [pipe2.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch11/pipe2.c) + +```c +#include +#include +#define BUF_SIZE 30 + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int fds[2]; + char str1[] = "Who are you?"; + char str2[] = "Thank you for your message"; + char buf[BUF_SIZE]; + pid_t pid; + + pipe(fds); + pid = fork(); + if (pid == 0) + { + write(fds[1], str1, sizeof(str1)); + sleep(2); + read(fds[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Child proc output: %s \n", buf); + } + else + { + read(fds[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Parent proc output: %s \n", buf); + write(fds[1], str2, sizeof(str2)); + sleep(3); + } + return 0; +} + +``` + +编译运行： + +```shell +gcc pipe2.c -o pipe2 +./pipe2 +``` + +结果： + +``` +Parent proc output: Who are you? +Child proc output: Thank you for your message +``` + +运行结果是正确的，但是如果注释掉第18行的代码，就会出现问题，导致一直等待下去。因为数据进入管道后变成了无主数据。也就是通过 read 函数先读取数据的进程将得到数据，即使该进程将数据传到了管道。因为，注释第18行会产生问题。第19行，自己成将读回自己在第 17 行向管道发送的数据。结果父进程调用 read 函数后，无限期等待数据进入管道。 + +当一个管道不满足需求时，就需要创建两个管道，各自负责不同的数据流动，过程如下图所示： + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kFJW0e.png) + +下面采用上述模型改进 `pipe2.c` 。 + +- [pipe3.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch11/pipe3.c) + +```c +#include +#include +#define BUF_SIZE 30 + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int fds1[2], fds2[2]; + char str1[] = "Who are you?"; + char str2[] = "Thank you for your message"; + char buf[BUF_SIZE]; + pid_t pid; + + pipe(fds1), pipe(fds2); + pid = fork(); + if (pid == 0) + { + write(fds1[1], str1, sizeof(str1)); + read(fds2[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Child proc output: %s \n", buf); + } + else + { + read(fds1[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Parent proc output: %s \n", buf); + write(fds2[1], str2, sizeof(str2)); + } + return 0; +} +``` + +上面通过创建两个管道实现了功能，此时，不需要额外再使用 sleep 函数。运行结果和上面一样。 + +### 11.2 运用进程间通信 + +#### 11.2.1 保存消息的回声服务器 + +下面对第 10 章的 [echo_mpserv.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch10/echo_mpserv.c) 进行改进，添加一个功能： + +> 将回声客户端传输的字符串按序保存到文件中 + +实现该任务将创建一个新进程，从向客户端提供服务的进程读取字符串信息，下面是代码： + +- [echo_storeserv.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch11/echo_storeserv.c) + +编译运行： + +```shell +gcc echo_storeserv.c -o serv +./serv 9190 +``` + +此服务端配合第 10 章的客户端 [echo_mpclient.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch10/echo_mpclient.c) 使用，运行结果如下图: + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kFUCct.png) + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kFUAHS.png) + +从图上可以看出，服务端已经生成了文件，把客户端的消息保存可下来，只保存了10次消息。 + +### 11.3 习题 + +> 以下答案仅代表本人个人观点，可能不是正确答案。 + +1. **什么是进程间通信？分别从概念和内存的角度进行说明。** + + 答：进程间通信意味着两个不同的进程间可以交换数据。从内存上来说，就是两个进程可以访问同一个内存区域，然后通过这个内存区域数据的变化来进行通信。 + +2. **进程间通信需要特殊的 IPC 机制，这是由于操作系统提供的。进程间通信时为何需要操作系统的帮助？** + + 答：为了进行进程间通信，需要管道的帮助，但是管道不是进程的资源，它属于从操作系统，所以，两个进程通过操作系统提供的内存空间进行通信。 + +3. **「管道」是典型的 IPC 技法。关于管道，请回答以下问题：** + + 1. **管道是进程间交换数据的路径。如何创建此路径？由谁创建？** + + 答：使用 pipe 函数进行创建，由操作系统创建。父进程调用该函数时将创建管道。 + + 2. **为了完成进程间通信。2 个进程要同时连接管道。那2 个进程如何连接到同一管道？** + + 答：数组中有两个文件描述符，父子进程调用相关函数时，通过 fork 函数，把 1 个文件描述符传递给子进程。 + + 3. **管道允许 2 个进程间的双向通信。双向通信中需要注意哪些内容？** + + 答：向管道传输数据时，先读的进程会把数据取走。简言之，就是数据进入管道候会变成无主数据，所以有时候为了防止错误，需要多个管道来进程通信。 + +## 第 12 章 I/O 复用 + +本章代码，在[TCP-IP-NetworkNote](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote)中可以找到。 + +### 12.1 基于 I/O 复用的服务器端 + + + ## License diff --git a/ch11/README.md b/ch11/README.md new file mode 100644 index 0000000..ad72a8a --- /dev/null +++ b/ch11/README.md @@ -0,0 +1,227 @@ +## 第 11 章 进程间通信 + +本章代码，在[TCP-IP-NetworkNote](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote)中可以找到。 + +进程间通信，意味着两个不同的进程中可以交换数据 + +### 11.1 进程间通信的基本概念 + +#### 11.1.1 通过管道实现进程间通信 + +下图是基于管道（PIPE）的进程间通信的模型： + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kFlk0s.png) + +可以看出，为了完成进程间通信，需要创建进程。管道并非属于进程的资源，而是和套接字一样，属于操作系统（也就不是 fork 函数的复制对象）。所以，两个进程通过操作系统提供的内存空间进行通信。下面是创建管道的函数。 + +```c +#include +int pipe(int filedes[2]); +/* +成功时返回 0 ，失败时返回 -1 +filedes[0]: 通过管道接收数据时使用的文件描述符，即管道出口 +filedes[1]: 通过管道传输数据时使用的文件描述符，即管道入口 +*/ +``` + +父进程创建函数时将创建管道，同时获取对应于出入口的文件描述符，此时父进程可以读写同一管道。但父进程的目的是与子进程进行数据交换，因此需要将入口或出口中的 1 个文件描述符传递给子进程。下面的例子是关于该函数的使用方法： + +- [pipe1.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch11/pipe1.c) + +```c +#include +#include +#define BUF_SIZE 30 + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int fds[2]; + char str[] = "Who are you?"; + char buf[BUF_SIZE]; + pid_t pid; + // 调用 pipe 函数创建管道，fds 数组中保存用于 I/O 的文件描述符 + pipe(fds); + pid = fork(); //子进程将同时拥有创建管道获取的2个文件描述符，复制的并非管道，而是文件描述符 + if (pid == 0) + { + write(fds[1], str, sizeof(str)); + } + else + { + read(fds[0], buf, BUF_SIZE); + puts(buf); + } + return 0; +} +``` + +编译运行： + +```shell +gcc pipe1.c -o pipe1 +./pipe1 +``` + +结果： + +``` +Who are you? +``` + +可以从程序中看出，首先创建了一个管道，子进程通过 fds[1] 把数据写入管道，父进程从 fds[0] 再把数据读出来。可以从下图看出： + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kF8A7d.png) + +#### 11.1.2 通过管道进行进程间双向通信 + +下图可以看出双向通信模型： + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kF84De.png) + +下面是双向通信的示例： + +- [pipe2.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch11/pipe2.c) + +```c +#include +#include +#define BUF_SIZE 30 + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int fds[2]; + char str1[] = "Who are you?"; + char str2[] = "Thank you for your message"; + char buf[BUF_SIZE]; + pid_t pid; + + pipe(fds); + pid = fork(); + if (pid == 0) + { + write(fds[1], str1, sizeof(str1)); + sleep(2); + read(fds[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Child proc output: %s \n", buf); + } + else + { + read(fds[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Parent proc output: %s \n", buf); + write(fds[1], str2, sizeof(str2)); + sleep(3); + } + return 0; +} + +``` + +编译运行： + +```shell +gcc pipe2.c -o pipe2 +./pipe2 +``` + +结果： + +``` +Parent proc output: Who are you? +Child proc output: Thank you for your message +``` + +运行结果是正确的，但是如果注释掉第18行的代码，就会出现问题，导致一直等待下去。因为数据进入管道后变成了无主数据。也就是通过 read 函数先读取数据的进程将得到数据，即使该进程将数据传到了管道。因为，注释第18行会产生问题。第19行，自己成将读回自己在第 17 行向管道发送的数据。结果父进程调用 read 函数后，无限期等待数据进入管道。 + +当一个管道不满足需求时，就需要创建两个管道，各自负责不同的数据流动，过程如下图所示： + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kFJW0e.png) + +下面采用上述模型改进 `pipe2.c` 。 + +- [pipe3.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch11/pipe3.c) + +```c +#include +#include +#define BUF_SIZE 30 + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int fds1[2], fds2[2]; + char str1[] = "Who are you?"; + char str2[] = "Thank you for your message"; + char buf[BUF_SIZE]; + pid_t pid; + + pipe(fds1), pipe(fds2); + pid = fork(); + if (pid == 0) + { + write(fds1[1], str1, sizeof(str1)); + read(fds2[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Child proc output: %s \n", buf); + } + else + { + read(fds1[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Parent proc output: %s \n", buf); + write(fds2[1], str2, sizeof(str2)); + } + return 0; +} +``` + +上面通过创建两个管道实现了功能，此时，不需要额外再使用 sleep 函数。运行结果和上面一样。 + +### 11.2 运用进程间通信 + +#### 11.2.1 保存消息的回声服务器 + +下面对第 10 章的 [echo_mpserv.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch10/echo_mpserv.c) 进行改进，添加一个功能： + +> 将回声客户端传输的字符串按序保存到文件中 + +实现该任务将创建一个新进程，从向客户端提供服务的进程读取字符串信息，下面是代码： + +- [echo_storeserv.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch11/echo_storeserv.c) + +编译运行： + +```shell +gcc echo_storeserv.c -o serv +./serv 9190 +``` + +此服务端配合第 10 章的客户端 [echo_mpclient.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch10/echo_mpclient.c) 使用，运行结果如下图: + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kFUCct.png) + +![](https://s2.ax1x.com/2019/01/22/kFUAHS.png) + +从图上可以看出，服务端已经生成了文件，把客户端的消息保存可下来，只保存了10次消息。 + +### 11.3 习题 + +> 以下答案仅代表本人个人观点，可能不是正确答案。 + +1. **什么是进程间通信？分别从概念和内存的角度进行说明。** + + 答：进程间通信意味着两个不同的进程间可以交换数据。从内存上来说，就是两个进程可以访问同一个内存区域，然后通过这个内存区域数据的变化来进行通信。 + +2. **进程间通信需要特殊的 IPC 机制，这是由于操作系统提供的。进程间通信时为何需要操作系统的帮助？** + + 答：为了进行进程间通信，需要管道的帮助，但是管道不是进程的资源，它属于从操作系统，所以，两个进程通过操作系统提供的内存空间进行通信。 + +3. **「管道」是典型的 IPC 技法。关于管道，请回答以下问题：** + + 1. **管道是进程间交换数据的路径。如何创建此路径？由谁创建？** + + 答：使用 pipe 函数进行创建，由操作系统创建。父进程调用该函数时将创建管道。 + + 2. **为了完成进程间通信。2 个进程要同时连接管道。那2 个进程如何连接到同一管道？** + + 答：数组中有两个文件描述符，父子进程调用相关函数时，通过 fork 函数，把 1 个文件描述符传递给子进程。 + + 3. **管道允许 2 个进程间的双向通信。双向通信中需要注意哪些内容？** + + 答：向管道传输数据时，先读的进程会把数据取走。简言之，就是数据进入管道候会变成无主数据，所以有时候为了防止错误，需要多个管道来进程通信。 diff --git a/ch11/echo_storeserv.c b/ch11/echo_storeserv.c new file mode 100644 index 0000000..e648156 --- /dev/null +++ b/ch11/echo_storeserv.c @@ -0,0 +1,102 @@ +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include +#include + +#define BUF_SIZE 30 +void error_handling(char *message); +void read_childproc(int sig); + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int serv_sock, clnt_sock; + struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr; + int fds[2]; + + pid_t pid; + struct sigaction act; + socklen_t adr_sz; + int str_len, state; + char buf[BUF_SIZE]; + if (argc != 2) + { + printf("Usgae : %s \n", argv[0]); + exit(1); + } + act.sa_handler = read_childproc; //防止僵尸进程 + sigemptyset(&act.sa_mask); + act.sa_flags = 0; + state = sigaction(SIGCHLD, &act, 0); //注册信号处理器,把成功的返回值给 state + serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); //创建服务端套接字 + memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr)); + serv_adr.sin_family = AF_INET; + serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); + serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); + + if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1) //分配IP地址和端口号 + error_handling("bind() error"); + if (listen(serv_sock, 5) == -1) //进入等待连接请求状态 + error_handling("listen() error"); + + pipe(fds); + pid = fork(); + if (pid == 0) + { + FILE *fp = fopen("echomsg.txt", "wt"); + char msgbuf[BUF_SIZE]; + int i, len; + for (int i = 0; i < 10; i++) + { + len = read(fds[0], msgbuf, BUF_SIZE); + fwrite((void *)msgbuf, 1, len, fp); + } + fclose(fp); + return 0; + } + while (1) + { + adr_sz = sizeof(clnt_adr); + clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_adr, &adr_sz); + if (clnt_sock == -1) + continue; + else + puts("new client connected..."); + pid = fork(); //此时，父子进程分别带有一个套接字 + if (pid == 0) //子进程运行区域,此部分向客户端提供回声服务 + { + close(serv_sock); //关闭服务器套接字，因为从父进程传递到了子进程 + while ((str_len = read(clnt_sock, buf, BUFSIZ)) != 0) + { + write(clnt_sock, buf, str_len); + write(fds[1], buf, str_len); + } + + close(clnt_sock); + puts("client disconnected..."); + return 0; + } + else + close(clnt_sock); //通过 accept 函数创建的套接字文件描述符已经复制给子进程，因为服务器端要销毁自己拥有的 + } + close(serv_sock); + + return 0; +} + +void error_handling(char *message) +{ + fputs(message, stderr); + fputc('\n', stderr); + exit(1); +} +void read_childproc(int sig) +{ + pid_t pid; + int status; + pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG); + printf("removed proc id: %d \n", pid); +} diff --git a/ch11/pipe1.c b/ch11/pipe1.c new file mode 100644 index 0000000..07a9d72 --- /dev/null +++ b/ch11/pipe1.c @@ -0,0 +1,24 @@ +#include +#include +#define BUF_SIZE 30 + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int fds[2]; + char str[] = "Who are you?"; + char buf[BUF_SIZE]; + pid_t pid; + // 调用 pipe 函数创建管道，fds 数组中保存用于 I/O 的文件描述符 + pipe(fds); + pid = fork(); //子进程将同时拥有创建管道获取的2个文件描述符，复制的并非管道，而是文件描述符 + if (pid == 0) + { + write(fds[1], str, sizeof(str)); + } + else + { + read(fds[0], buf, BUF_SIZE); + puts(buf); + } + return 0; +} diff --git a/ch11/pipe2.c b/ch11/pipe2.c new file mode 100644 index 0000000..aadd7bc --- /dev/null +++ b/ch11/pipe2.c @@ -0,0 +1,30 @@ +#include +#include +#define BUF_SIZE 30 + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int fds[2]; + char str1[] = "Who are you?"; + char str2[] = "Thank you for your message"; + char buf[BUF_SIZE]; + pid_t pid; + + pipe(fds); + pid = fork(); + if (pid == 0) + { + write(fds[1], str1, sizeof(str1)); + sleep(2); + read(fds[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Child proc output: %s \n", buf); + } + else + { + read(fds[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Parent proc output: %s \n", buf); + write(fds[1], str2, sizeof(str2)); + sleep(3); + } + return 0; +} diff --git a/ch11/pipe3.c b/ch11/pipe3.c new file mode 100644 index 0000000..8116488 --- /dev/null +++ b/ch11/pipe3.c @@ -0,0 +1,28 @@ +#include +#include +#define BUF_SIZE 30 + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int fds1[2], fds2[2]; + char str1[] = "Who are you?"; + char str2[] = "Thank you for your message"; + char buf[BUF_SIZE]; + pid_t pid; + + pipe(fds1), pipe(fds2); + pid = fork(); + if (pid == 0) + { + write(fds1[1], str1, sizeof(str1)); + read(fds2[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Child proc output: %s \n", buf); + } + else + { + read(fds1[0], buf, BUF_SIZE); + printf("Parent proc output: %s \n", buf); + write(fds2[1], str2, sizeof(str2)); + } + return 0; +}