6.进程间通信

一.基本概念

 进程间通信：进程之间交换数据的过程叫进程间通信。

 进程间通信的方式：、

 

  简单的进程间通信：

   

   命令行：父进程通过exec函数创建子进程时可以附加一些数据

   环境变量表：父进程通过exec函数创建子进程顺便传递一张环境变量表

   信号：父子进程之间可以根据进程号相互发送信号，进程简单通信

   文件：一个进程向文件中写入数据，另一个进程从文件中读取出来。

  命令行，环境变量只能单向传递，信号太过于简单，文件通信不能实时。

  XSI通信方式：X/open 计算机制造商组织。

   共享内存，消息队列，信号量，

  网络进程间通信方式：

   网络通信就是不同机器的进程间通信方式

传统的进程间通信方式：管道

二.管道

  1.管道是一种古老的通信方式（基本上不再使用）

  2.早期的管道是一种半双工，现在大多数是全双工的

  3.有名管道(管道是以文件的方式存在的)

   创建管道文件：

    命令mkfifo

    函数mkfifo

    #include <sys/types.h>

          #include <sys/stat.h>

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

        管道通信的编程模式：

         进程A 进程B

         创建管道mkfifo

         打开管道文件open 打开管道

         写/读数据write/read 读/写数据

         关闭管道close 关闭管道

        4.无名管道：由内核帮助创建，只返回管道的文件描述符，看不到管道文件，这种管道只能用于fork创建的父子进程之间

          int pipe(int pipefd[2]);

          pipefd[0]用来读数据

          pipefd[1]用来写数据

          练习：使用无名管道让父子进程通信

三.XSI IPC进程间通信

 1.XSI通信是依靠内核的IPC对象进程通信

 

 2.每一个IPC对象都有一个IPC标识(类似文件描述符)，IPC标识符是一个非负整数。

 3.IPC对象必须要先创建，创建后才能进程获取，设置，操作，删除。

 4.创建IPC对象必须要提供一个键值(key_t),键值是创建获取IPC对象的依据

 5.产生键值的方法：

  固定的字面值：1980014

 

  使用函数计算：ftok(项目路径,项目id)

  使用宏让操作系统随机分配：IPC_PRIVTE

   必须把获取到的IPC对象标识符记录下来，告诉其他进程

 6.XSI可以创建的IPC对象有：

  共享内存，消息队列，信号量

四.共享内存

 1.由内核维护一块共享的内存区域，其他进程把自己的虚拟地址映射到这块内存，然后多个进程之间共享这块内存了。

 2.这种进程间通信的好处是不需要信息复制，它是进程间通信最快的一种方式。

 3.这种方式会面临同步的问题，需要与其他的通信方式配合，最合适的方式就是信号。

 共享内存的编程模式：

  1.进程之间要约定一个键值

  进程A 进程B

  创建共享内存

  加载共享内存 加载共享内存

  卸载共享内存 卸载共享内存

  销毁共享内存

     int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

     功能：创建共享内存

     size:大小

     模式：

     返回值：IPC对象标识符(类似于文件描述符)

     void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

     功能：加载共享内存（）

     

     shmid：shmget的返回值

     

     shmaddr:进程提供的虚拟地址，也可以为NULL，如果为空，操作系统会自动选择一块地址映射

     

     shmflg：

      SHM_RDONLY：映射内存的权限为只读

      SHM_REMAP：映射已经存在的内存共享

      SHM_RND:当shmaddr为空时自动分配

      mode_flag:权限

 int shmdt(const void *shmaddr);

 功能：这个地址对应的共享内存取消映射关系

 #include <sys/ipc.h>

    #include <sys/shm.h>

    int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);

    功能：控制/销毁共享内存

    cmd:

     IPC_STAT:获取共享内存的属性

     IPC_SET:设置共享内存的属性

     IPC_RMID：删除共享内存

    buf:

     记录共享内存属性的对象

五.消息队列

 1.消息队列是一个由系统内核负责存储和管理，并通过IPC对象标识符获取的数据链表

    #include <sys/types.h>

       #include <sys/ipc.h>

       #include <sys/msg.h>

       int msgget(key_t key, int msgflg);

       msgflg:

        创建IPC_CREAT | IPC_EXCL

        获取：0

    int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

        功能：向消息队列发送消息

       

        msqid:msgget的返回值

        msgp：消息(消息类型+消息内容)的首地址

        msgsz：消息内容的长度(不包含消息类型)

        msgflg:

         

    ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,

                      int msgflg);

       功能：从消息队列接收消息

       

       msgp:存储消息的缓冲区

       

       msgsz:要接收的消息长度

       

       msgtyp:要接收消息的类型，(包含在消息的前四个字节)

       

       msgflg:

       

        MSG_NOERROR:当消息的实际长度大于msgsz，则按照msgsz长度截取再发送，否则产生错a

        MSG_NOWAIT：如果想要接收的消息不存在，则直接返回。

         否则阻塞等待。

        MSG_EXCEPT：从消息队列中接收第一个不是msgtype类型的第一个消息

    int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

    功能：控制/销毁消息队列

    cmd:

     IPC_STAT:获取消息队列的属性

     IPC_SET：设置消息队列的属性

     IPC_RMID：删除消息队列

六.IPC相关命令：

 ipcs -m 查看共享内存

 ipcrm -m id 删除共享内存

 ipcs -q 查看消息队列

 ipcrm -q id 删除消息队列

七.信号量

 信号量(信号灯)，可以当作进程与进程之间共享的全局变量，一般用来为共享的资源计数。

 信号量的使用方法：

  1.进程A，创建信号量，并设置信号量的初始值(设置资源数)

  2.进程B，获取信号量，查看信号量(查询剩余资源的数量)，减少信号量(使用资源)，增加信号量(资源使用完毕归还)

  3.当一个进程减少信号量时，如果不能减(资源使用完毕)，则进程可以进入等待状态,当信号量能够被减的时候(其他进程把资源还回来了)，进程会被唤醒

    #include <sys/types.h>

       #include <sys/ipc.h>

       #include <sys/sem.h>

       int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

       功能：创建获取获取信号量

       nsems:信号量的数量

       semflg:

         IPC_CREAT

         IPC_EXCL

         0644之类的权限码

       int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

       功能：对信号量增加或减少

       struct sembuf {

          unsigned short sem_num;

          short sem_op;

          short sem_flg; // IPC_NOWAIT标识不阻塞

       }

       int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);

       功能：对信号量的控制或释放

       semnum:信号量的编号

       cmd:

         IPC_SET 设置信号量的属性

         IPC_STAT 设置信号量的属性

         IPC_RMID 删除信号量

         IPC_INFO 获取信号量的信息