IO进程线程day8(2023.8.6)

2023-11-06

一、Xmind整理:

管道的原理:

有名管道的特点: 

信号的原理:

二、课上练习:

练习1:pipe

功能:创建一个无名管道,同时打开无名管道的读写端

原型:

#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]); int* pfd;  int pfd[]

参数:

int pipefd[2]:函数运行完毕后,该参数指向的数组中会存储两个文件描述符;
pipefd[0]:    读端文件描述符;
pipefd[1]:    写端文件描述符;

返回值:

成功,返回0;
失败,返回-1,更新errno;

小练: 

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    //管道的创建必须放在fork函数前
    //若放在fork函数后,会导致父子进程各自创建一根管道
    //此时会导致父子进程各自操作各自的管道,无法进行通信
    int pfd[2] = {0};
    if(pipe(pfd) < 0)
    {
        perror("pfd");
        return -1;
    }
    printf("pipe success pfd[0]=%d pfd[1]=%d\n",pfd[0],pfd[1]);
    
    pid_t cpid = fork();
    if(cpid > 0)  //父进程中为真
    {
        //父进程发送数据给子进程
        char buf[128]="";
        while(1)
        {
            fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
            buf[strlen(buf)-1] = 0;     //从终端获取数据,最后会拿到\n字符,将\n字符修改成0

            //将数据写入到管道文件中
            if(write(pfd[1],buf,sizeof(buf)) < 0)
            {
                perror("write");
                return -1;
            }
            printf("写入成功\n");
        
        }
    }
    else if(0 == cpid)      //子进程中为真
    {
        //子进程读取父进程发送过来的数据
        char buf[128] = "";
        ssize_t res = 0;
        while(1)
        {
            bzero(buf,sizeof(buf));
            printf("__%d__\n",__LINE__);
            //当管道中没有数据的时候,read函数阻塞
            res = read(pfd[0],buf,sizeof(buf));
            printf("res=%ld : %s\n",res,buf);                                                         
        }
    }
    else
    {
        perror("fork");
        return -1;
    }

    return 0;
}

练习2:mkfifo

功能:创建一根有名管道

原型:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

参数:

char *pathname:指定要创建的有名管道的路径以及名字;
mode_t mode:有名管道的权限:0664 0777,真实的权限 (mode & ~umask)
the  permissions of the created file are (mode & ~umask)

返回值:

成功,返回0;
失败,返回-1,更新errno;
errno == 17,文件已经存在的错误,这是一个允许存在的错误,忽略该错误

练习3:操作有名管道

功能:操作有名管道与用文件IO操作普通文件一致

原型:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);

参数:

  int flags:
       O_RDONLY  只读
       O_WRONLY  只写
       O_RDWR    读写
  ---上述三种必须,且只能包含一种---
       O_NONBLOCK     非阻塞

1.int flags == O_RDONLY

    open函数阻塞,此时需要另外一个进程或线程以写的方式打开同一根管道,open函数解除阻塞

2.int flags == O_WRONLY

   open函数阻塞,此时需要另外一个进程或线程以读的方式打开同一根管道,open函数解除阻塞

3.int flags == O_RDWR

   open函数不阻塞,此时管道的读写端均被打开

   当管道的读写端均被打开的时候,此时open函数不阻塞

4.int flags == O_RDONLY | O_NONBLOCK

   open函数不阻塞,open函数运行成功,此时管道只有读端

5.int flags == O_WRONLY | O_NONBLOCK

   open函数不阻塞,open函数运行失败,此时管道的读写端均打开失败 

示例: 

读端:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    umask(0);

    if(mkfifo("./fifo", 0777) < 0)
    {
        //printf("errno = %d\n", errno);
        if(errno != 17)     //17 == EEXIST
        {
            perror("mkfifo");
            return -1;
        }
    }
    printf("create FIFO success\n");

    //open函数阻塞
    int fd = open("./fifo", O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("open FIFO rdonly success  fd=%d\n", fd);

    char buf[128] = "";
    ssize_t res = 0;
    while(1)
    {
        bzero(buf, sizeof(buf));
        res = read(fd, buf, sizeof(buf));
        if(res < 0)
        {
            perror("read");
            return -1;                                  
        }
        else if(0 == res)
        {
            printf("对端关闭\n");
            break;
        }

        printf("%ld :%s\n", res, buf);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

写端:

#include <stdio.h>                                    
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    umask(0);

    if(mkfifo("./fifo", 0777) < 0)
    {   
        //printf("errno = %d\n", errno);
        if(errno != 17)     //17 == EEXIST
        {
            perror("mkfifo");
            return -1; 
        }
    }   
    printf("create FIFO success\n");

    //open函数阻塞
    int fd = open("./fifo", O_WRONLY);
    if(fd < 0)
    {   
        perror("open");
        return -1; 
    }   
    printf("open FIFO wronly success  fd=%d\n", fd);

    char buf[128] = ""; 
    while(1)
    {   
        printf("请输入>>>");
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
        buf[strlen(buf)-1] = 0;

        if(write(fd, buf, sizeof(buf)) < 0)
        {
            perror("write");
            return -1; 
        }
        printf("写入成功\n");
    }   

    close(fd);

    return 0;
}

小练:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>                                                                         
int main(int argc, const char *argv[])
{
    //创建有名管道
    if(mkfifo("./fifo",0664) < 0)
    {
        //printf("%d\n",errno);
        if(errno != 17)    //17:文件已经存在错误,这是一个允许存在的错误,忽略该错误
        {
            perror("mkfifo");
            return -1;
        }
    }
    printf("mkfifo success\n");

/*
    int fd = open("./fifo",O_RDWR);
    if(fd <  0)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("open success fd = %d\n",fd);
*/

    int fd_r = open("./fifo",O_RDONLY|O_NONBLOCK);
    if(fd_r <  0)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("open success fd_r = %d\n",fd_r);

    int fd_w = open("./fifo",O_WRONLY|O_NONBLOCK);
    if(fd_w <  0)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("open success fd_w = %d\n",fd_w);

    return 0;
}

练习4:常见的信号

练习5:signal

功能:捕获信号,为信号注册新的处理函数

原型:

#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);     //void (*handler)(int);

参数:

int signum:指定要捕获的信号对应的编号。可以填编号,也可以填对应的宏。2) SIGINT
sighandler_t handler:函数指针,回调函数;
1) SIG_IGN:忽略信号;     9) 19)号信号无法忽略;
2) SIG_DFL:执行默认操作;
3) 传入一个函数的首地址,代表捕获信号,且该函数的返回值必须是void类型,参数列表必须是int类型,例如:
                void handler(int sig){                                    
                }
typedef void (*sighandler_t)(int);     typedef void (*)(int)   sighandler_t; 
typedef 旧的类型名  新的类型名;
typedef int uint32_t;                  int a ----> uint32_t a;
typedef int*    pint;                  int* pa ---> pint pa;
typedef void (*)(int)   sighandler_t;  void (*ptr)(int) ----> sighandler_t ptr;

返回值:

成功,返回该信号的上一个信号处理函数的首地址; 默认处理函数的首地址获取不到,返回NULL;
失败,返回SIG_ERR ((__sighandler_t)-1),更新errno;      

注意:当在某个信号A的信号处理函数中时,再次触发信号A,此时信号A的处理函数不会再次被载入运行,即第二次触发的信号A被屏蔽。但是此时若触发了信号B,信号B的处理函数是可以正常被载入的,即没有屏蔽信号B。

小练: 

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <head.h>
void handler(int sig)
{
    printf("this is sig=%d\n",sig);
    return;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
    //捕获2号SIGINT信号
    if(signal(2,handler) == SIG_ERR)
    {
        perror("signal");
        return -1;
    }
    printf("捕获2号信号成功\n");
                                           
    //捕获3号SIGINT信号
    if(signal(3,handler) == SIG_ERR)
    {
        perror("signal");
        return -1;
    }
    printf("捕获3号信号成功\n");

    //捕获20号SIGINT信号
    if(signal(20,handler) == SIG_ERR)
    {
        perror("signal");
        return -1;
    }
    printf("捕获20号信号成功\n");

    while(1)
    {
        printf("this is main func\n");
        sleep(1);
    }

    return 0;
}
                                           

三、课后作业:

1.要求实现AB进程对话

   A进程先发送一句话给B进程,B进程接收后打印

   B进程再回复一句话给A进程,A进程接收后打印

   重复1.2步骤,当收到quit后,要结束AB进程

   提示:两根管道

A进程: 

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>                                                                                       
int main(int argc, const char *argv[])
{
    //创建有名管道
    if(mkfifo("./fifo",0664) < 0)
    {
        //printf("%d\n",errno);
        if(errno != 17)    //17:文件已经存在错误,这是一个允许存在的错误,忽略该错误
        {
            perror("mkfifo");
            return -1;
        }
    }
    printf("mkfifo success\n");

    if(mkfifo("./fifo1",0664) < 0)
    {
        //printf("%d\n",errno);
        if(errno != 17)    //17:文件已经存在错误,这是一个允许存在的错误,忽略该错误
        {
            perror("mkfifo");
            return -1;
        }
    }
    printf("mkfifo1 success\n");

    int fd_r= open("./fifo",O_RDONLY);
    if(fd_r <  0)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("open success fd_r = %d\n",fd_r);

    int fd_w = open("./fifo1",O_WRONLY);
    if(fd_w <  0)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("open success fd_w= %d\n",fd_w);

    //从管道中读取数据,打印到终端上
    char buf[128]="";
    ssize_t res = 0;
    while(1)
    {
        bzero(buf,sizeof(buf));
        //当管道的读写端均存在,若管道中没有数据,则read函数阻塞
        res = read(fd_r,buf,sizeof(buf));
        if(strcmp(buf,"quit") == 0)
        {
            write(fd_w,buf,sizeof(buf));
            break;
        }
        if(res < 0)
        {
            perror("read");
            return -1;
        }
        if(0 == res)
        {
            printf("写端关闭\n");
            break;
        }
        printf("res =%ld\n输出:%s\n",res,buf);

        bzero(buf, sizeof(buf));
        printf("请输入:");
        fgets(buf, sizeof(buf),stdin);
        buf[strlen(buf)-1] = '\0';

        if(write(fd_w,buf,sizeof(buf))< 0)
        {
            perror("write");
            return -1;
        }
        printf("写入数据成功  res =%ld\n",res);

    }

    close(fd_r);
    close(fd_w);
    return 0;
}

B进程:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    //创建有名管道
    if(mkfifo("./fifo",0664) < 0)
    {
        //printf("%d\n",errno);
        if(errno != 17)    //17:文件已经存在错误,这是一个允许存在的错误,忽略该错误
        {
            perror("mkfifo");
            return -1;
        }
    }
    printf("mkfifo success\n");

    if(mkfifo("./fifo1",0664) < 0)
    {
        //printf("%d\n",errno);
        if(errno != 17)    //17:文件已经存在错误,这是一个允许存在的错误,忽略该错误
        {
            perror("mkfifo");
            return -1;
        }
    }
    printf("mkfifo1 success\n");

    int fd_w = open("./fifo",O_WRONLY);
    if(fd_w <  0)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("open success fd_w= %d\n",fd_w);

    int fd_r= open("./fifo1",O_RDONLY);                                                                                                       
    if(fd_r <  0)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("open success fd_r = %d\n",fd_r);

    //从终端获取数据,写到管道中
    char buf[128]="";
    ssize_t res = 0;
    while(1)
    {
        bzero(buf, sizeof(buf));
        printf("请输入:");
        fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
        buf[strlen(buf)-1] = '\0';
        if(strcmp(buf,"quit") == 0)
        {
            write(fd_w,buf,sizeof(buf));
            break;
        }
        if(write(fd_w,buf,sizeof(buf)) < 0)
        {
            perror("write");
            return -1;
        }
        printf("写入数据成功  res =%ld\n",res);

        bzero(buf,sizeof(buf));
        //当管道的读写端均存在,若管道中没有数据,则read函数阻塞
        res = read(fd_r,buf,sizeof(buf));
        if(res < 0)
        {
            perror("read");
            return -1;
        }
        if(0 == res)
        {
            printf("写端关闭\n");
            break;
        }
        printf("res =%ld\n输出:%s\n",res,buf);
    }

    close(fd_w);
    close(fd_r);

    return 0;
}

2.在第1题的基础上实现,A能随时发信息给B,B能随时接收A发送的数据,反之亦然。

A进程:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
	if(mkfifo("./fifo", 0775) < 0) 	 	//当前进程写该管道
	{
		if(17 != errno) 	//#define EEXIST      17
		{
			perror("mkfifo");
			return -1;
		}
	}

	printf("fifo create success\n");

	if(mkfifo("./fifo1", 0775) < 0)     //当前进程读该管道
	{
		if(17 != errno)     //#define EEXIST      17
		{
			perror("mkfifo");
			return -1;
		}
	}

	printf("fifo1 create success\n");



	//创建一个子进程
	pid_t cpid = fork();
	if(cpid > 0)
	{
		//读  fifo1
		int fd_r = open("./fifo1", O_RDONLY);    //阻塞
		if(fd_r < 0)
		{
			perror("open");
			return -1;
		}
		printf("open fifo rdonly success __%d__\n", __LINE__);

		ssize_t res = 0;
		char buf[128] = "";
		while(1)
		{
			bzero(buf, sizeof(buf));
			//读写段均存在,且管道中没有数据,该函数阻塞
			res = read(fd_r, buf, sizeof(buf));
			if(res < 0)
			{
				perror("read");
				return -1;
			}
			else if(0 == res)
			{
				printf("对端进程退出\n");
				break;                                      
			}
			printf("res=%ld : buf=%s\n", res, buf);

			if(!strcmp(buf, "quit"))
				break;
		}


		close(fd_r);
		kill(cpid, 9);

		wait(NULL);

	}
	else if(0 == cpid)
	{
		//写 fifo
		int fd_w = open("./fifo", O_WRONLY);  //阻塞
		if(fd_w < 0)
		{
			perror("open");
			return -1;
		}
		printf("open fifo wronly success __%d__\n", __LINE__);

		char buf[128] = "";
		while(1)
		{
			bzero(buf, sizeof(buf));

		//	printf("请输入>>>");
			fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
			buf[strlen(buf)-1] = 0;

			if(write(fd_w, buf, sizeof(buf)) < 0)
			{
				perror("write");
				return -1;
			}
		//	printf("写入成功\n");

			if(!strcmp(buf, "quit"))
				break;

		}

		close(fd_w);
		kill(getppid() , 9);
	}
	else
	{
		perror("fork");
		return -1;
	}

	return 0;
}

B进程:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
	if(mkfifo("./fifo", 0775) < 0) 	 	//当前进程写该管道
	{
		if(17 != errno) 	//#define EEXIST      17
		{
			perror("mkfifo");
			return -1;
		}
	}

	printf("fifo create success\n");

	if(mkfifo("./fifo1", 0775) < 0)     //当前进程读该管道
	{
		if(17 != errno)     //#define EEXIST      17
		{
			perror("mkfifo");
			return -1;
		}
	}

	printf("fifo1 create success\n");



	//创建一个子进程
	pid_t cpid = fork();
	if(cpid > 0)
	{
		//读  fifo
		int fd_r = open("./fifo", O_RDONLY);    //阻塞
		if(fd_r < 0)
		{
			perror("open");
			return -1;
		}
		printf("open fifo rdonly success __%d__\n", __LINE__);

		ssize_t res = 0;
		char buf[128] = "";
		while(1)
		{
			bzero(buf, sizeof(buf));
			//读写段均存在,且管道中没有数据,该函数阻塞
			res = read(fd_r, buf, sizeof(buf));
			if(res < 0)
			{
				perror("read");
				return -1;
			}
			else if(0 == res)
			{
				printf("对端进程退出\n");
				break;                                      
			}
			printf("res=%ld : buf=%s\n", res, buf);

			if(!strcmp(buf, "quit"))
				break;
		}

		close(fd_r);
		kill(cpid, 9);

		wait(NULL);

	}
	else if(0 == cpid)
	{
		//写 fifo1
		int fd_w = open("./fifo1", O_WRONLY);  //阻塞
		if(fd_w < 0)
		{
			perror("open");
			return -1;
		}
		printf("open fifo wronly success __%d__\n", __LINE__);

		char buf[128] = "";
		while(1)
		{
			bzero(buf, sizeof(buf));

			//printf("请输入>>>");
			fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
			buf[strlen(buf)-1] = 0;

			if(write(fd_w, buf, sizeof(buf)) < 0)
			{
				perror("write");
				return -1;
			}
		//	printf("写入成功\n");

			if(!strcmp(buf, "quit"))
				break;
		}

		close(fd_w);
		kill(getppid() , 9);

	}
	else
	{
		perror("fork");
		return -1;
	}

	return 0;
}

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