Comunicação entre processos

O fork dá ao filho uma cópia da memória do pai, por isso as variáveis não atravessam a fronteira entre processos. Quando dois processos precisam de cooperar, usam um mecanismo de comunicação entre processos (IPC). Cada um tem um compromisso diferente entre simplicidade, volume e alcance.

Sinais: interromper para avisar

Um sinal é uma notificação curta que um processo envia a outro: terminar (SIGTERM), interromper do teclado (SIGINT, o Ctrl+C), filho terminou (SIGCHLD). O processo destino pode ignorar, tratar com uma função própria ou sofrer a ação por defeito. Sinais transportam quase nenhuma informação (só o número do sinal), por isso servem para avisar, não para conversar. O kill -TERM <pid> da shell é o exemplo que já usaste sem saber o nome.

Pipes: conversa entre parentes

Um pipe é um canal unidirecional com uma ponta de escrita e uma de leitura. Cria-se com pipe, que devolve dois descritores, e tipicamente usa-se entre pai e filho: o pai cria o pipe antes do fork, por isso ambos herdam as duas pontas, e depois cada um fecha a ponta que não usa.

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    int pontas[2];
    pipe(pontas);
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        close(pontas[0]);
        const char *msg = "ola pai";
        write(pontas[1], msg, strlen(msg));
        close(pontas[1]);
    } else {
        close(pontas[1]);
        char buf[32];
        ssize_t n = read(pontas[0], buf, sizeof(buf) - 1);
        buf[n] = '\0';
        printf("Pai leu: %s\n", buf);
        close(pontas[0]);
    }
    return 0;
}

Segue o protocolo com atenção. O filho fecha a ponta de leitura e escreve na de escrita; o pai fecha a de escrita e lê da de leitura. Fechar as pontas não usadas não é arrumação, é correção: o read só devolve fim de ficheiro quando todas as pontas de escrita estiverem fechadas, por isso um pai que se esqueça de fechar a sua cópia da escrita fica bloqueado para sempre à espera de dados que nunca chegam. A leitura também bloqueia até haver dados, o que aqui é exatamente o que queremos: o pai espera que o filho escreva.

FIFOs, sockets e memória partilhada

• Um FIFO (named pipe) é um pipe com nome no sistema de ficheiros. Qualquer processo com permissões o abre pelo nome, por isso serve para processos sem parentesco. De resto comporta-se como o pipe: unidirecional e com bloqueio na leitura.
• Um socket é um canal bidirecional que tanto liga processos na mesma máquina como máquinas diferentes pela rede. É a base de quase toda a comunicação em rede, mas paga-se em complexidade: endereços, ligações e protocolos.
• A memória partilhada com mmap mapeia a mesma zona física no espaço dos dois processos, que passam a ler e escrever nela diretamente. É o mecanismo mais rápido para grandes volumes, porque não copia dados pelo núcleo. O preço é a sincronização: sem mutexes e semáforos para ordenar os acessos, os dois processos pisam-se e o resultado varia de execução para execução.

Mecanismo	Sentido	Entre quem	Quando usar
Sinais	aviso	qualquer processo	notificar eventos simples
Pipes	unidirecional	pai e filho	conversa simples entre parentes
FIFOs	unidirecional	qualquer processo	pipe sem parentesco
Sockets	bidirecional	qualquer processo	rede ou protocolo completo
Memória partilhada	direto	qualquer processo	grandes volumes, com sincronização

Para levar para a próxima página

Pipes e FIFOs copiam bytes pelo núcleo e impõem ordem; a memória partilhada é rápida mas deixa os acessos desordenados. Ordenar acessos concorrentes é o trabalho da programação concorrente.