APUE 学习笔记(十) 高级I/O

1. Unix IPC(InterProcess Communication)

同一主机的各个进程间的IPC：管道、FIFO、消息队列、信号量、共享存储器

不同主机上的各个进程间IPC：socket套接字

2. 管道

管道进行IPC有两个局限：

(1) 半双工，即数据只能在一个方向上流动

(2) 只能在具有公共祖先的进程之间使用。通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父子进程之间可以使用该管道

fstat函数对管道的每一端都返回一个FIFO类型的文件描述符，可以用S_ISFIFO宏来测试管道

通常是一个进程调用pipe函数创建管道，紧接着调用fork，这样就创建了从父进程到子进程的IPC通道

对于从父进程到子进程的管道，父进程关闭管道的读端（fd[0]）子进程关闭管道的写端（fd[1]）

popen、pclose两个函数实现的操作是：创建一个管道，调用fork产生一个子进程，关闭管道的不使用端，执行一个shell以运行命令，最后等待命令终止

#include <stdio.h>FILE* popen(const char* cmdstring, const char* type);
int   pclose(FILE* fp);

函数popen先执行fork，然后调用exec以执行cmdstring，并且返回一个标准I/O文件指针

type为“r”表示可读，为“w”表示可写

简单实现一个popen：

 1 #include <unistd.h>
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <errno.h>
 4 #include <sys/wait.h>
 5 #include <fcntl.h>
 6
 7 /* pointer to array allocated at run-time */
 8 static pid_t* childpid = NULL;
 9
10 /* from our open_max() */
11 static int maxfd;
12
13 FILE* my_popen(const char* cmdstring, const char* type)
14 {
15     int pfd[2];
16     pid_t pid;
17
18     /* only allow type = "r" or "w" */
19     if ((type[0] != 'r' && type[0] != 'w') || type[1] != 0) {
20         errno = EINVAL;
21         return NULL;
22     }
23        childpid = (pid_t*)calloc(maxfd, sizeof(pid_t));
24         if (childpid == NULL) {
25             return NULL;
26         }
27     }
28
29     if (pipe(pfd) < 0) {
30         return NULL;
31     }
32
33     if ((pid = fork()) < 0) {
34         return NULL;
35     } else if (pid == 0) {      /* child */
36         if (*type == 'r') {
37             close(pfd[0]);
38             if (pfd[1] != STDOUT_FILENO) {
39                dup2(pfd[1], STDOUT_FILENO);
40                 close(pfd[1]);
41             }
42         } else {
43             close(pfd[1]);
44             if (pfd[0] != STDIN_FILENO) {
45                 dup2(pfd[0], STDIN_FILENO);
46                 close(pfd[0]);
47             }
48         }
49
50         /* close all fds in childpid[] */
51         for (int i = 0; i < maxfd; ++i) {
52             if (childpid[i] > 0) {
53                 close(i);
54             }
55         }
56
57     }
58
59     /* parent continue */
60     FILE* fp;
61     if (*type == 'r') {
62         close(pfd[1]);
63         if ((fp = fdopen(pfd[0], type)) == NULL) {
64             return NULL;
65         }
66     } else {
67         close(pfd[0]);
68         if ((fp = fdopen(pfd[1], type)) == NULL) {
69            return NULL;
70         close(pfd[0]);
71         if ((fp = fdopen(pfd[1], type)) == NULL) {
72             return NULL;
73         }
74     }
75
76     childpid[fileno(fp)] = pid;
77     return fp;
78 }

3. 消息队列

消息队列是消息的链接表，存放在内核中并由消息队列ID标识

msgget用于创建一个新队列或打开一个现存的队列

msgsnd将新消息添加到队列尾端

msgrcv用户从队列中取消息

4. 信号量

信号量是一个计数器，用于多进程对共享数据对象的访问

5. 共享存储器

共享存储器允许多个进程共享一个给定的存储区，因为数据不需要在客户进程和服务器进程之间复制，所以这是最快的IPC

使用共享存储区时必须确保多个进程之间对给定的存储区的同步访问，通常，信号量被用来实现对共享存储区的同步访问

#include <sys/shm.h>
/* 获得共享存储标识符 */
int shmget(key_t key, size_t size, int flag);/* 对共享存储区执行多种操作 */
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds* buf);/* 进程将共享存储区连接到它的地址空间中 */
void* shmat(int shmid, const void* addr, int flag);

如果addr为0，则此段连接到内核选择的第一个可用地址上。一般将addr指定为0，以便由内核选择地址

打印各种不同类型的数据所存放的位置：

 1 #include <unistd.h>
 2 #include <stdio.h>
 3 #include <stdlib.h>
 4 #include <sys/shm.h>
 5
 6 #define ARRAY_SIZE 40000
 7 #define MALLOC_SIZE 100000
 8 #define SHM_SIZE 100000
 9 #define SHM_MODE 0600  /* user read/write */
10
11 char array[ARRAY_SIZE];   /* uninitialized data = bss */
12
13 int main(int argc, char* argv[])
14 {
15     int shmid;
16     char* ptr = NULL;
17     char* shmptr = NULL;
18
19     fprintf(stdout, "array[] from %p to %p\n", array, array + ARRAY_SIZE);
20     fprintf(stdout, "stack around %p\n", &shmid);
21     ptr = (char*)malloc(MALLOC_SIZE);
22     if (ptr == NULL) {
23         fprintf(stderr, "malloc error\n");
24     }
25
26     fprintf(stdout, "malloc from %p to %p\n", ptr, ptr + MALLOC_SIZE);
27
28     shmid = shmget(IPC_PRIVATE, SHM_SIZE, SHM_MODE);
29     if (shmid < 0) {
30         fprintf(stderr, "shmget error\n");
31     }
32
33     shmptr = shmat(shmid, 0, 0);
34     if (shmptr == (void*)-1) {
35         fprintf(stderr, "shmat error\n");
36     }
37
38     fprintf(stdout, "shared memory from %p to %p\n", shmptr, shmptr + SHM_SIZE);
39     if (shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) < 0) {
40         fprintf(stderr, "shmctl error\n");
41     }
42     free(ptr);
43     return 0;
44 }

在基于Intel的Linux系统上运行此程序，其输出如下：

如果mmap函数指定了 MAP_SHARED标志，则此存储映射区可被多个进程共享

匿名存储映射：调用mmap时指定MAP_ANON标志，并将文件描述符指定为-1，结果得到的映射区域是匿名的，因为并不与一个文件描述符相关联

转载于:https://www.cnblogs.com/wwwjieo0/p/3739107.html