进程以及进程间通讯

1 进程

1.1 进程的“生老病死”

1.1.1 进程状态

（1）进程刚被创建出来时，处于TASK_RUNNING状态，此状态可以是正在队列排队等待执行也可以是占用CPU正在运行。

（2）刚被创建的进程处于“就绪”状态，等待系统调度，内核中的函数sched()称为调度器，会根据各种参数选择一个等待的进程去占用CPU。

（3）进程处于“执行”状态时，可能会由于某些资源不可得而被置为“睡眠态/挂起态”，有TASK_INTERRUPIBLE或TASK_UNINTERRUPIBLE，后者是深度睡眠，不能响应信号。

（4）当进程收到SIGSTOP或SIGTSTP中的一个信号时，状态会变为“暂停态”，该状态下的进程不参与调度，但系统不会释放资源。

（5）“僵尸态”即死亡后携带死亡信息，系统不会回收资源。父进程会关心子进程的死亡信息，因为父进程可以看到交代子进程办的事办的怎么样。

（6）父进程电泳wait()/waitpid()来查看孩子的“死亡信息”，顺便将该孩子的状态设置为EXIT_DEAD，即死亡态。

（7）父进程并不能保证准时的去收尸，因为父进程可能还有其他的事要做，或者父进程还有可能先于子进程挂掉。前一种情况，可能让祖先进程会收养这些孤儿进程。后一种情况需要使用信号异步通知机制，让一个孩子在变成僵尸时给父进程发送一个信号，父进程接收到信号就立处理。（如果两个孩子同时死亡能？）

1.1.2 进程的祖先

　　init.是所有进程的祖先，从内存空间的角度看，进程之间是相互独立的。

1.2 进程的语言

　　有如下几种。

（1）无名管道（PIPE）和有名管道（FIFO）

（2）信号（signal）

（3）system V-IPC之共享内存

（4）system V-IPC之消息队列

（5）system V-IPC之信号量

（6）套接字

1.2.1 管道

　　无名管道（PIPE）

　　无名管道的特征如下。

　　（1）没有名字，因此无法使用open()

　　（2）只能用于亲缘进程间通信

　　（3）半双工工作方式：读写端分开

　　（4）写入操作不具有原子性，因此只能用于一对一的简单通信情形

　　（5）不能使用lseek()定位

　　有名管道（FIFO）　

　　有名管道的特征如下。

　　（1）有名字，存储于普通文件系统之中

　　（2）任何具有相应权限的进程都可以使用open()来获取FIFO的文件描述符

　　（3）跟普通文件一样，使用统一的read()/write()来读/写

　　（4）跟普通文件不一样，不能使用lseek()定位

　　（5）具有写入原子性，支持多写者同时进行写操作而数据不会互相践踏。

　　（6）First In First Out，最先被写入的数据，最先被读出来

　　小结

　　PIPE只能亲缘通信的原因，PIPE是一种特殊的文件，但虽然它是一种文件，却没有名字！因此，一般进程无法使用open()来获取它的描述符，它只能在一个进程中被创建出来，然后通过继承的方式将它的文件描述符传递给子进程。

　　PIPE与FIFO、socket一样，这些管道文件都不能使用lseek()来进行所谓的定位，因为它们的数据不像普通文件那样按块的方式存放在块设备上，而更像一个看不见源头的水龙头，无法定位。

　　管道文件不可以只在有读端或者写端的情况下被打开。

1.2.2 信号

　　重要概念

　　设置阻塞、解开阻塞、信号相应函数、设置信号、信号集、实时信号、非实时信号、普通响应函数、响应扩展函数

 

　　信号SIGKILL和SIGSTOP是两个特殊的信号，不能被忽略、阻塞或捕捉，只能按默认动作来响应。

　　

　　非实时信号不排队、会丢失

　　实时信号排队，不会丢失

 

　　发送信号不携带消息 kill()和signal()

　　发送信号携带消息sigqueue()和sigaction()

 

　　在响应函数内部访问任何共享资源，都必须和多线程一样，使用同步互斥机制来确保访问的安全性。

1.2.3 消息队列

　　前述的管道，这种通信机制的一个弊端是：无法在管道中读取一个“指定”的数据，因为这些数据没有做任何标记，进程只能按次序地逐个读取。而消息队列提供一种带有数据标识的特殊管道。

　　消息队列的使用简单，但它和管道一样，都需要“代理人”的进程通信机制：内核充当了这个代理人，内核为使用者分配内存、检查边界、设置阻塞，以及各种权限监控。但是代理人机制的效率都不高，因为两个进程的数据传递并不是直接的，而是通过内核，因此它们都不适合传输海量数据。

 

1.2.4 共享内存

 　　共享内存是效率最高的IPC， 因为它抛弃了内核这个“代理人”，直截了当地将一块裸露的内存放在需要数据传输的进程面前，让它们自己做，代价是：这些进程必须小心谨慎地操作这块裸露的共享内存。

　　使用共享内存的一般步骤如下。

　　（1）获取共享内存对象的ID。int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)

　　（2）将共享内存映射至本进程虚拟内存空间的某个区域。void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg)　　

　　（3）当不再使用时，解除映射关系。 int shmdt(const void *shmaddr)

　　（4）当没有进程再需要这块共享内存时，删除它。int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf)

　　注意：

　　（1）共享内存只能以只读或者可读写方式映射，无法以只写方式映射。

　　（2）解除映射后，进程不能再允许访问SHM。

1.2.5 信号量

　　不是用来传输数据的，而用来协调各进程或线程工作的。

　　一些基本概念如下：

　　（1）多个进程或线程有可能同时访问的资源称为共享资源，也称临界资源。

　　（2）访问这些资源的代码称为临界代码，这些代码区称为临界区。

　　（3）程序进入临界区之前必须对资源进行申请，这个动作称为P操作。

　　（4）程序离开临界区之后必须释放相应地资源，这个动作称为V操作。