学习IPC进程间通信的总结（第八周）

 

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10月24日晚上，回到宿舍准备写这周的总结时，看了下课表突然意识到这已经是第八周，不得不说时间过得真快，与前两年轻松的、无任务的课程相比，今年真是充实了太多！这也许是感觉时间过得快的原因，但是最近我也遇到了许多问题，当接触的知识多了以后，发现自己要学的东西太多了，仅仅上课所学远远不够，所以课后自学了一些课程，遇到的问题一是自己好高骛远，总想急于求成，这看一点那看一点，没有系统的全面的琢磨一本书，问题二：对于应用方面的知识学到手很快，但也会很快的忘记，到了应用时只记得一些概念了。对于这两个问题，我进行了一些思考，施行如下：在学习的时候把重要的知识点记录下来，我自己用的是有道云笔记，新学到的知识或者 不会的问题，通过查阅资料解决的 都把他们记录下来。效果不错，每周都可以回顾查看。最近开设了自己的博客，写博客是为了总结每日所学，反思自身。古人说“吾日三省吾身”还是很有道理的。在自己博客中进行知识总结，以及每周每月思考回顾总结，感觉收获良多。另外，自己也有了一些新的感悟，我们每每感叹许多技术大牛，博客名人如何厉害，其实我们自己就可以成为技术上的leader，其一就是知识及项目经验的不断积累，其二，我认为就是学习知识时对细节的把握，其三，可以持之以恒，不断的学习新技术，平时不断的回顾，“温故而知新”。说了很多，实践为真，接下来还要继续自己的求知之旅。好了下面进行本周的知识总结。

 

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本周进行了两天的授课，和三天的实训；主要讲解了Linux进程与线程编程中的进程之间的通信这一方面知识。总结如下：

 

 

 

 

下面是我对这几种方法的理解:

1、无名管道（pipe )：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在父子进程间通信。管道的缓冲区是有限的（管道存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）；管道所传送的是无格式字节流，要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式。

 

 

 

 

进程A   fork（）出一个进程B，进程B是复制进程A的副本，得到了进程A的全部资源，因此，进程B也会有指向pd[1]的写指针，指向pd[0]的读指针。

所以管道这样设计：

　　进程A：

　　　　Close( fd [0]);

　　　　Write( fd[1],buffer,sizeof(buffer));

　　进程B：

　　　　Close(fd [1]);

　　　　Read( fd[0],buf,sizeof(buf));

 

2、命名管道(fifo)：命名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。诸如不支持lseek()等文件定位操作。

 

(1)管道应用的一个重大限制是它没有名字，因此，只能用于具有亲缘关系的进程间通信，在有名管道（named pipe或FIFO）提出后，该限制得到了克服。FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信（能够访问该路径的进程以及FIFO的创建进程之间），因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意的是，FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。

(2)有名管道的创建

int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)；

该函数的第一个参数是一个普通的路径名，也就是创建后FIFO的名字。第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode 参数相同。 如果mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时，会返回EEXIST错误，所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错误，如果确实返回该错误，那么只要调用打开FIFO的函数就可以了。一般文件的I/O函数都可以用于FIFO，如close、read、write等等。

(3)有名管道的打开规则

有名管道比管道多了一个打开操作：open。

FIFO的打开规则：

如果当前打开操作是为读而打开FIFO时，若已经有相应进程为写而打开该FIFO，则当前打开操作将成功返回；否则，可能阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO（当前打开操作设置了阻塞标志）；或者，成功返回（当前打开操作没有设置阻塞标志）。

如果当前打开操作是为写而打开FIFO时，如果已经有相应进程为读而打开该FIFO，则当前打开操作将成功返回；否则，可能阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO（当前打开操作设置了阻塞标志）；或者，返回ENXIO错误（当前打开操作没有设置阻塞标志）。

小结：

管道常用于两个方面：（1）在shell中时常会用到管道（作为输入输入的重定向），在这种应用方式下，管道的创建对于用户来说是透明的；（2）用于具有亲缘关系的进程间通信，用户自己创建管道，并完成读写操作。

FIFO可以说是管道的推广，克服了管道无名字的限制，使得无亲缘关系的进程同样可以采用先进先出的通信机制进行通信。

管道和FIFO的数据是字节流，应用程序之间必须事先确定特定的传输"协议"，采用传播具有特定意义的消息。要灵活应用管道及FIFO，理解它们的读写规则是关键。

 

 

3、消息队列(message queue )：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。可以用非先进先出方式处理；消息队列是异步通信的；消息队列有大小限制，通常只用于小数据量的发送；只适用于单台主机的进程间通信；

消息队列：

提供从一个进程向另一个进程发送一个数据块的方法

 

int msgget(key_t key,int msgflg);

int msgctl(int magid,int cmd,struct msgid_ds *buf);

int msgsnd(int msgid,void *msg_ptr,size_t msg_sz,int msgflag);

int msgrcv(int msgid,void *msg_ptr,size_t msg_sz,long int msg_type,int msgflag);

 

 

 

4、共享内存( shared memory)：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的IPC方式。效率高，进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝；在共享内存段中都是以字符串的默认结束符为一条信息的结尾。每个进程在读写时都遵守这个规则，就不会破坏数据的完整性。

 

共享内存

允许两个不像关的进程访问同一个逻辑地址

1、int shmget(key_t key,size_t size,int shmflag);

2、void *shmat(int shm_id,const void *shm_addr,int shm_flag);

3、int shmctl(int shm_id,int cmd,struct shmid_ds *buf);

4、int shmdt(const void *shm_addr);

 

 

5.信号量(semophore )：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。二元信号量：与Mutex类似。

信号量：

int semget(key_t key,int num_sems,int sem_flgs);

int semctl(int sem_id,int sem_num,int command...);

int semop(int sem_id,struct sembuf *sem_ops,size_t num_sem_ops);

每个函数的功能和参数的意义在手册中都能找到。

 

 

1、semge创建一个信号量或者获取一个已知信号量的键

key:不相关的进程可以通过他来访问同一个信号量

num_sems：需要的信号量数目。几乎总是1

sem_flags:一组标志，例如IPC_CREAT;

返回值是信号量标志符，给其他信号量函数使用

 

 

2、semctl:

sem_id:信号量标志符，semget的返回值

sem_ops:信号量编号，一般取0

command:   就不解释了，在手册中有详细的解释，我就偷偷懒吧。

 

3、semop

用于改变信号量的值

struct sembuf{

short sen_nums;            //信号量编号,一般取0

short sem_op;               //一般-1是P操作，1是V操作

short sem_flag;            //通常设置为UNDO

}