在C语言中实现双向IPC的最佳Linux方法

Question

在C语言中实现双向IPC的最佳Linux方法

clinux

5

当我被问到这个问题时，我遇到了一个例子无法完成的问题。
我在Google上寻找实现IPC的方法。
我不能确定哪种方式最适合编写我的程序。
我尝试了很多实现方式，并且遇到了很多麻烦。

我希望有以下要求：
1. 父进程管理子进程 - OK (模板)
2. 父进程和子进程必须实现新消息信号的回调
3. 一个进程不知道来自另一个进程的消息大小（char *）

我的代码:

header.h:

#ifndef MESSAGES_H
#define MESSAGES_H

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// need here: some includes and definitions

inline char * read_message( /* need here: some params */ ) {
    // need here: read message function
}

inline char * send_message( /* need here: some params */ ) {
    // need here: send message function
}
#endif

parent.c:

#include "header.h"

// parent specyfic includes and definitions

void on_message( /* need here: some parameters */ ) {
    char *message = read_message( /* need here: some other parameters */ );
    // do something with / if message etc.
}

int runChild(key) {
    int pid = fork();
    if (pid == 0) {
        execl("./child", "./child", /* params here */, null);
    }else{
        return pid;
    }
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    // need here: prepare IPC
    // need here: on new message event call function "on_message"
    int childPid = runChild(key);
    // loop - for example: gtk_main()
    // need here: close childs
}

child.c

#include "header.h"

// child specyfic includes and definitions

void on_message( /* need here: some parameters */ ) {
    char *message = read_message( /* need here: some other parameters */ );
    // do something with / if message etc.
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    // need here: prepare IPC
    // need here: on new message event call function "on_message"
    int pid = getpid();
    int parentPid = getppid();
    printf("Child with pid %d is ready for messages from parent with pid: %d", pid, parentPid);
    // event loop - for example: gtk_main()
}

在这个示例程序模板中，哪种IPC方式更好（安全和速度）？你能分享一个符合上述模板的真正简单的例子吗？

- s77s

在头文件中编写函数实现而非内联是一种不良的编程实践。 - D3Hunter

@jujj 已经更正 - 谢谢 - s77s

2

在您的评论中，您提到正在使用GTK+。GTK+具有GtkSocket和GtkPlug，它们允许一个GTK+应用程序嵌入来自另一个应用程序的小部件（该应用程序使用GTK+或Qt或其他遵循XEMBED规范的小部件）。 - Nominal Animal

如果您使用管道、命名管道或套接字进行通信，可以使用fcntl(descriptor, F_SETFL, O_ASYNC)将此描述符设置为生成SIGIO信号；最好使用fcntl(descriptor, F_SETSIG, SIGRTMIN+0)将其更改为实时信号。然而，信号处理程序必须仅使用异步信号安全函数，否则应用程序行为是未定义的。 - Nominal Animal

2个回答

2

以下是我最近编写的多进程程序的一些设置代码，使用select提供非阻塞等待。这似乎也是在C++中做到这一点的较好方法之一，因为据我所知，文件描述符在标准库中得不到很好的支持...

// Parent
int main(int argc, char **argv) {

    // Pipe, fork, exec (to run robot in child)
    int toParent[2], fromParent[2];
    pipe(toParent);
    pipe(fromParent);

    // Redirect childs stdin/stdout
    if (fork()) { // parent
        close(toParent[1]); // [1] == write
        close(fromParent[0]); // [0] == read
    }
    else {
        close(toParent[0]);
        close(fromParent[1]);
        dup2(toParent[1], 1);
        dup2(fromParent[0], 0);
        close(toParent[1]);
        close(fromParent[0]);
        execl("../robot/robot", "../robot/robot", (char *) NULL);
    }


    FILE * output = fdopen(fromParent[1], "w");
    FILE * input = fdopen(toParent[0], "r");

    // Set up for select() read of input pipe
    fd_set set;
    struct timeval timeout;

    // Initialize the file descriptor set.
    FD_ZERO(&set);
    FD_SET(toParent[0], &set);

    // Initialize the timeout data structure
    timeout.tv_sec = 0;
    timeout.tv_usec = 10;

    while(1) {
        // Non-blocking read of pipe
        // NOTE: only expecting to read one pipe so no need to check which pipe got data
        if (select(toParent[0]+1, &set, NULL, NULL, &timeout) > 0) {
            // read the input pipe here
        }
        // Reset select FD -- maybe only do this when an input has been read?
        FD_ZERO(&set);
        FD_SET(toParent[0],&set);
}

总体思路是让子进程通过其标准输入/输出（使用dup2()）与父进程通信，然后使用FILE * output和input来写入子进程。唯一的注意事项是，如果子进程向stdout打印调试信息而父进程没有处理它，则可能会导致意外行为，因此通常最安全的做法是将子进程的调试消息打印到stderr中。

至于回调函数，您可以使用select，这是在其他地方已经很好地记录的东西。

- chris

使用管道函数两次的原因是什么？ - pmverma

为了为每个数据发送方向创建单独的管道，通常管道不是双向的。 - chris

我该如何以异步模式完成它？ - s77s

你是什么意思？子进程和父进程异步通信。 - chris

1

只需使用 socketpair 而不是管道。 - Maxim Egorushkin

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可以查看英文原文，
原文链接

- abligh · Accepted Answer

有许多不同的方式来实现IPC。要进行良好的比较，请参见Stevens'书籍。经典的是'UNIX环境高级编程'，但还有'UNIX网络编程卷2第二版：进程间通信'。我知道有时指向其他参考资料可能不被认为是好的形式，但无论是学术问题还是商业问题，大多数UNIX程序员都认为Stevens是一个宝贵的资源。

话虽如此，以下是您进行IPC的主要选项：

在进程之间使用pipe()。格式始终是基于流的；如果您发送数据结构，这可能会很麻烦，因为您不仅需要担心序列化，还需要担心缓冲和将“数据包”转换回消息。管道是单向的，因此您需要两个管道进行双向通信。
使用命名管道或FIFO。这允许一对多通信并使FIFO在一个端退出后保持存在。否则与（1）相同。
在进程之间使用socketpair - 具体是Unix域套接字。套接字是双向的。您可以使用流套接字（SOL_STREAM）、数据报（不可靠，顺序不保证- SOCK_DGRAM）或可能更好的有序可靠的双向分组通信（SOCK_SEQPACKET）。基于数据包的通信意味着您可以将一个数据结构放入每个数据包中。
使用信号。实际上，您每次只能发送一个整数。信号与线程不兼容，处理中断的系统调用很困难，并且各种竞争条件使它们不可靠，除非您知道自己在做什么并且不太担心可移植性。在大多数情况下最好避免使用。
使用系统V信号量（semget等）或POSIX信号量（sem_open等）。用于在进程之间发送信号以实现同步，但没有更多作用。
使用共享内存（shmget等）- 将相同的页面展示给多个进程。您需要结合某种同步方法。
System V消息队列（msgget等）- 在两个进程之间维护数据包（消息）队列。
以上方法的某些组合。

我省略了一些仅在内核分支（例如Binder）或正在开发中（例如KDBus）中出现的内容。

几乎所有上述内容的示例和教程都可以在这里找到：这里。

现在，大多数这些方法都可以用于您提到的应用程序。看起来您想发送可变大小的消息，因此，如果使用基于流的协议，则将数据包长度作为前1、2或4个字节发送是常规技巧（取决于最大长度）。基于数据包的协议在此方面更容易（显然），但每种协议都有它们自己的最大数据包大小限制。您关心可靠性吗？您关心可移植性吗？您关心速度吗？在选择它们之间时，这些都是有效的考虑因素。

最后，基于FD的方法（例如管道、socketpair）的一个好处是您可以将它们添加到正常的select()循环中；如果您的程序中有其他事情正在进行，这可能会有所帮助。

您在评论中要求一些socketpair代码示例。我重申顶部的评论，即联系Stephens。如果没有，则：

C / Unix中的Socketpair（）展示了使用fork()设置socketpair进行进程间通信的良好示例。
上述提到的教程在此处有关于socketpair()的详细部分内容。