进程间通信

实验八进程间通信

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学号-姓名	17041501-戴一凡
作业学习目标	1.了解进程间通信的常用方式； 2.掌握管道、消息队列、信号量、共享内存实现进程间通信的方法。

1.管道通信

匿名管道：

当进程使用 pipe 函数，就可以打开位于内核中的这个特殊“文件”。同时 pipe 函数会返回两个描述符，一个用于读，一个用于写。如果你使用 fstat 函数来测试该描述符，可以发现此文件类型为FIFO 。而无名管道的无名，指的就是这个虚幻的“文件”，它没有名字。

man 2 pipe

pipe 函数打开的文件描述符是通过参数（数组）传递出来的，而返回值表示打开成功（0）或失败（-1）。

它的参数是一个大小为 2 的数组。此数组的第 0 个元素用来接收以读的方式打开的描述符，而第 1 个元素用来接收以写的方式打开的描述符。也就是说，pipefd[0] 是用于读的，pipefd[1] 是用于写的。

打开了文件描述符后，就可以使用 read(pipefd[0]) 和 write(pipefd[1]) 来读写数据了。

这两个分别用于读写的描述符必须同时打开才行，否则会出问题

如果关闭读 ( close(pipefd[0]) ) 端保留写端，继续向写端 ( pipefd[1] ) 端写数据( write 函数)的进程会收到 SIGPIPE 信号。

如果关闭写 ( close(pipefd[1]) ) 端保留读端，继续向读端 (pipefd[0]) 端读数据(read函数)，read 函数会返回 0。

举例：：父进程 fork 出一个子进程，通过无名管道向子进程发送字符，子进程收到数据后将字符串中的小写字符转换成大写并输出

命名管道

1)通过命令mkfifo创建管道

man mkfifo

2)通过函数mkfifo(3)创建管道

man 3 mkfifo

FIFO 文件的特性

a）查看文件属性

当使用mkfifo创建 hello 文件后，查看文件信息如下：

b) 使用 cat 命令打印 hello 文件内容

接下来你的cat命令被阻塞住。

开启另一个终端，执行：

然后你会看到被阻塞的 cat 又继续执行完毕，在屏幕打印 “hello world” 。如果你反过来执行上面

两个命令，会发现先执行的那个总是被阻塞。

c) fifo 文件特性

根据前面两个实验，可以总结：

文件属性前面标注的文件类型是p，代表管道
文件大小是 0
fifo 文件需要有读写两端，否则在打开 fifo 文件时会阻塞

当然了，如果在open 的时候，使用了非阻塞方式，肯定是不会阻塞的。特别地，如果以非阻塞写的方式 open ，同时没有进程为该文件以读的方式打开，会导致 open 返回错误(-1)，同时 errno 设置成ENXIO .

例题：编写两个程序，分别是发送端pipe_send和接收端面pipe_recv。程序 pipe_send 从标准

输入接收字符，并发送到程序 pipe_recv ，同时 pipe_recv 将接收到的字符打印到屏幕。

分别开启两个终端，分别运行pipe_send和pipe_recv:

现在两个终端都处于阻塞状态，我们在运行 pipe_send 的终端输入数据，然后我们就可以在运行pipe_recv 的终端看到相应的输出：

2. IPC 内核对象

每个 IPC 内核对象都是位于内核空间中的一个结构体。具体的对于共享内存、消息队列和信号量，他们在内核空间中都有对应的结构体来描述。当你使用 get 后缀创建内核对象时，内核中就会为它开辟一块内存保存它。只要你不显式删除该内核对象，它就永远位于内核空间中，除非你关机重启。

进程空间的高 1G 空间（ 3GB-4GB ）是内核空间，该空间中保存了所有的 IPC 内核对象。上图给出不同的IPC内核对象在内存中的布局（以数组的方式），实际操作系统的实现并不一定是数组，也可能是链表或者其它数据结构等等。每个内核对象都有自己的 id 号（数组的索引）。此 id 号可以被用户空间使用。所以只要用户空间知道了内核对象的 id 号，就可以操控内核对象了。为了能够得到内核对象的 id 号，用户程序需要提供键值——key，它的类型是 key_t （ int 整型）。系统调用函数（ shmget , msgget 和 semget ）根据 key ，就可以查找到你需要的内核 id号。在内核创建完成后，就已经有一个唯一的key值和它绑定起来了，也就是说 key 和内核对象是一一对应的关系。（ key = 0 为特殊的键，它不能用来查找内核对象）