linux系统编程之进程通信

一、什么是进程线程？

进程通信：在用户空间实现进程通信是不可能的，通过linux内核通信；
线程通信：可以在用户空间就可以实现，可以通过全局变量通信。

进程间通信如下：

线程间通信如下：

二、进程间通信方式有哪些？

 单机模式下的进程通信（只有一个linux内核）管道通信：无名管道、有名管道（文件系统中有名）信号通信：信号（通知）包括：信号的发送、信号的接收和信号的处理。IPC(Inter-Process Communication)通信：共享内存、消息队列和信号灯。socket通信：存在于一个网络中两个进程之间的通信（两个Linux内核）。

进程间通信都是基于文件IO思想。

三、管道通信

1、无名管道（pipe）

管道文件是一个特殊的文件，由队列来实现的。
在文件IO中创建一个文件或打开一个文件是由open函数来实现的，它不能创建管道文件。
只能用 pipe 函数来创建管道。int pipe(int fd[2]);     -----> unistd.h
参数：得到的文件描述符，读端fd[0]用来读，写端fd[2]用来写。
返回值：成功：0；失败：-1。注意：1）管道是创建在内存中的，进程结束，空间释放，管道就不存在了；2）管道中的大小，读完了就不存在了；3）如果管道中没有东西，则会阻塞；4）如果管道中写满，再写时会进入写阻塞。无名管道的缺点：不能实现不是父子进程（有亲缘关系）之间的通信。

2、有名管道（mkfifo）–>管道文件（p）

所谓有名，即文件系统中存在这个一样文件节点，每一个文件节点都有一个inode号，
而且这是一个特殊的文件类型：p 管道类型。
1、创建这个文件节点，不可以通过open函数创建，open函数只能创建普通文件，不能创建特殊的文件（管道-mkfifo，套接字-socket，字符设备文件-mknod，块设备文件-mknod，符号链接文件-ln -s，目录文件mkdir）2、管道文件只有inode号，不占磁盘块空间，和套接字、字符设备文件、块设备文件一样。普通文件和符号链接文件及目录文件，不仅有inode号，还占磁盘块空间。3、mkfifo 用来创建管道文件的节点，没有在内核中创建管道。只有通过open函数打开这个文件时才会在内核空间创建管道。
int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);   创建管道文件 ---->sys.stat.h
参数：1）管道文件名；2）文件权限，与umask有关。
返回值：成功：0；失败：-1。有名管道可以实现无亲缘关系之间的进程通信。

四、信道通信

1、信号的发送（发送信号进程）

int kill(pid_t pid, int sig);     ---->#include <signal.h>、#include <sys/types.h>参数：1）pid，(linux shell查看进程号：ps -axj)正数：要接收的信号的进程的进程号；0：信号被发送到所有和pid进程在同一个进程组的进程；-1：信号发给所有的进程表中的进程（除了进程号最大的进程外）2）sig，信号（linux shell查看所有信号：kill -l）返回值：成功：0；失败：-1。

int rasie(int sig); -----> #include <signal.h>、#include <sys/types.h>参数：sig，信号；返回值：成功：0；出错：-1；发送信号给自己，相当于kill(getpid(), sig);注意：getpid() -->获取当前进程的进程号；getppid() -->获取当前进程的父进程的进程号。exit(0)  --->包含kill(getppid(), 17);

unsigned int alarm(unsigned int seconds);   ---->#include <unistd.h>功能：alarm只会发送SIGALARM信号，alarm会让内核定时一段时间之后发送信号，raise会让内核立刻发送信号。参数：seconds，秒数；返回值：成功：如果调用此alarm()之前，进程已经设置了闹钟时间，则返回上一个闹钟时间的剩余时       间，否则返回0；出错：-1；

下面是几种常见的信号：

      SIGHUP ：从终端上发出的结束信号.SIGINT   ：来自键盘的中断信号 ( ctrl + c ) .SIGKILL ：该信号结束接收信号的进程 .SIGTERM：kill 命令发出 的信号.SIGCHLD：标识子进程停止或结束的信号.SIGSTOP：来自键盘 ( ctrl + z ) 或调试程序的停止执行信号.

2、信号的接收（接收信号进程）

 接收信号的进程，需要满足的条件为这个进程不能结束：sleep。pause()：使进程处于睡眠状态（S）。

int pause(void); ------>#include <unistd.h>返回值：成功：0；出错：-1。

3、信号的处理（接收信号进程）

接收信号的进程，应该怎样处理？处理的方式：
1）进程的默认处理方式（内核为用户进程设置的默认处理方式）A.忽略B.终止进程C.暂停
2）自己的处理方式：自己告诉内核自己需要处理信号的方式。

void (*signal(int signum, void(*handler)(int)))(int); ----->#include <signal.h>参数：1）signum，指定信号，信号值；2）handler：SIG_IGN：忽略该信号；SIG_DFL：采用系统默认方式处理信号；自定义的信号处理函数指针；返回值：成功：设置之前的信号处理方式；出错：-1；

五、IPC通信

1、共享内存

打开或创建一个共享内存对象，共享内核在内核是什么样子？
一块缓存，变类似于用户空间的数组或malloc函数分配的空间一样。

所需头文件	#include <sys/types.h>、#include <sys/ipc.h>、#include <sys/shm.h>
函数原型	int shmget(key_t key, int size, int shmflg);
参数	key：IPC_PRIVATE或ftok的返回值；
	size：共享内存区大小；
	shmflg：同open函数的权限位，也可以用8进制表示法。
返回值	成功：共享内存段标识符–ID–文件描述符；出错：-1.

查看IPC对象：ipcs -m(共享内存) / -q(消息队列) / -s(信号灯);
删除IPC对象：ipcrm -m/-q/-s id;

ftok函数：创建key值。
char ftok(const char *path, char key);参数：1）文件路径和文件名；2）一个字符；返回值：成功：返回一个key值；出错：-1；IPC_PRIVATE操作时，共享内存的key值都一样，都是0，所以使用ftok来创建。

shmat 将共享内存映射到用户空间中，为了方便用户空间对共享内存的操作，使用地址映射的方式。

void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);参数：1）shmid，ID号2）映射到的地址，NULL为系统自动完成的映射；3）shmflg， SHM_RDONLY共享内存只读默认是0，表示共享内存可读写。返回值：成功：映射后的地址；失败：NULL。

共享内存特点：1、共享内存创建之后，一直存在于内核中，直到被删除或系统关闭；2、共享内存和管道不一样，读取后，内容仍在共享内存中。

shmdt：将用户空间的进程里的地址映射删除。
int shmdt(const void *shmaddr);参数：shmaddr，共享内存映射后的地址返回值：成功：0；出错：-1.

shmctl：删除共享内存对象。
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);参数：1）shmid，要操作的共享内存标识符。2）cmd：  IPC_STAT(获取对象属性)   ---->实现了ipcs -m命令IPC_SET(设置对象属性)IPC_RMID(删除对象)   ---->实现了ipcrm -m命令3）buf：指定IPC_STAT/IPC_SET时用以保存或设置属性返回值：成功：0；出错：-1.

六、消息队列

msqid_ds 内核维护消息队列的结构体，队列的第一个消息指针msg_first，最后一个消息指针msg_last，消息中有一个成员指针next。
每一个消息中包含有哪些内容：
Data 数据
Length 数据的长度
Type 数据的类型

msgget  -----  消息队列的创建或打开函数
int msgget(key_t key, int flag);   ----> #include <sys/types.h>/#include <sys/ipc.h>/#include <sys/msg.h>参数：key，和消息队列关联的key值；（两种来源，同共享内存）flag，消息队列的访问权限；返回值：成功：消息队列的ID；出错：-1。

msgctl：删除消息队列对象。
int msgctl(int msgqid, int cmd, struct msgqid_ds *buf);参数：1）msgqid，消息队列的队列ID2）cmd：  IPC_STAT(获取消息队列属性，并将其保存在buf指向的缓冲区中)   ---->实现了ipcs -q命令IPC_SET(设置消息队列属性，这个值取自buf参数)IPC_RMID(删除消息队列)   ---->实现了ipcrm -q命令3）buf：消息队列缓冲区返回值：成功：0；出错：-1.

msgsnd   写消息队列
int msgsnd(int msgqid, const void *msgp, size_t size, int flag);参数：1）msqid：消息队列的ID；2）msgp：指向消息的指针。常用消息结构msgbuf如下：struct msgbuf{long mtype;    //消息类型char mtext[N]; //消息正文};3）size：发送的消息正文的字节数4）flag：IPC_NOWAIT  消息没有发送完成函数也会立即返回；0           直到发送完成函数才返回；返回值：成功：0；出错：-1.

msgrcv  读消息队列
int msgrcv(int msgid, void *msgp, size_t size, long magtype, int flag);参数：1）msgid:消息队列的ID2）msgp:接收消息的缓冲区3）size:要接收的消息的字节数4）msgtype:  0:接收消息队列中的第一个消息；>0:接收消息队列中第一个类型为msgtyp的消息；<0:接收消息队列中类型值不大于msgtyp的绝对值且类型值又最小的消息。5）flag:    0:若无消息会一直阻塞；IPC_NOWAIT:若没有消息，进程会立即返回ENOMSG.返回值：1）成功：接收到的消息的长度；2）出错：-1；

七、信号灯

所有的函数都是对一个集合的操作。
#include <sys/types.h>、#include <sy/sipc.h>、#include <sys/sem.h>

semget  --->创建/打开信号灯集
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);参数： 1）key: 和信号灯集关联的key值；2）nsems: 信号灯集中包含的信号灯数目；3）semflg: 信号灯集的访问权限；返回值：1）成功：信号灯集的ID;2）出错：-1.

semctl  ---->删除信号灯集
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...union semun arg(不是地址));参数：1）semid：信号灯集ID;2）semnum：要修改的信号灯变量（若要删除信号灯集，此参数可以随意选择）3）cmd：  GETVAL:获取信号灯的值;SETVAL:设置信号灯的值;IPC_RMID:从系统中删除信号灯集合.返回值：成功：0；出错：-1.

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