Linux C编程之十一 进程间通信

一、整体大纲

二、进程间通信概念及方法

       Linux环境下，进程地址空间相互独立，每个进程各自有不同的用户地址空间。任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程和进程之间不能相互访问，要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信（IPC，InterProcess Communication）。 

       在进程间完成数据传递需要借助操作系统提供特殊的方法，如：文件、管道、信号、共享内存、消息队列、套接字、命名管道等。随着计算机的蓬勃发展，一些方法由于自身设计缺陷被淘汰或者弃用。现今常用的进程间通信方式有：

       1）管道 (使用最简单)

       2）信号 (开销最小)

       3）共享映射区 (无血缘关系)

       4）本地套接字 (最稳定)

三、进程间通信方法介绍

1. 管道

    （1）管道的概念：

    管道是一种最基本的IPC机制，作用于有血缘关系的进程之间，完成数据传递。调用pipe系统函数即可创建一个管道。有如下特质：

    1） 其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)

    2）由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。

    3） 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出。

    管道的原理: 管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。

    管道的局限性：

    1） 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。

    2） 由于管道采用半双工通信方式。因此，数据只能在一个方向上流动。

    3） 只能在有公共祖先的进程间使用管道。

    常见的通信方式有，单工通信、半双工通信、全双工通信。

    （2）管道相关函数

    创建管道

    int pipe(int pipefd[2]);               成功：0；失败：-1，设置errno

    函数调用成功返回r/w两个文件描述符。无需open，但需手动close。规定：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0对应标准输入，1对应标准输出一样。向管道文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。

    管道创建成功以后，创建该管道的进程（父进程）同时掌握着管道的读端和写端。如何实现父子进程间通信呢？通常可以采用如下步骤： 

    1）父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的读端和写端。

    2）父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。

    3）父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。由于管道是利用环形队列实现的，数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信。

练习：父子进程使用管道通信，父写入字符串，子进程读出并打印到屏幕？

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int fd[2];
    pipe(fd);
    pid_t pid = fork();

    if (pid == 0)
    {
        //子进程关闭写端
        close(fd[1]);
        char buf[256] = {0};
        while(1)
        {
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            int ret = read(fd[0], buf, sizeof(buf));
            if (ret == 0)
            {
                printf("read over!\n");
                break;
            }
            else if(ret > 0)
            {
                write(STDOUT_FILENO,buf,ret);
            }
        }
    }
    else if (pid > 0)
    {
        //父进程关闭读端
        close(fd[0]);
        char buf[256] = {0};
        int num = 0;
        while(1)
        {
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            sprintf(buf, "data from parent %d\n", num++);
            write(fd[1], buf, sizeof(buf));
            sleep(1);
        }
    }

    return 0;
}

    （3）管道的读写行为

    使用管道需要注意以下4种特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志）：

    1）如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端引用计数为0），而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。

    2） 如果有指向管道写端的文件描述符没关闭（管道写端引用计数大于0），而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。

    3）如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道读端引用计数为0），这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。当然也可以对SIGPIPE信号实施捕捉，不终止进程。具体方法信号章节详细介绍。

    4）如果有指向管道读端的文件描述符没关闭（管道读端引用计数大于0），而持有管道读端的进程也没有从管道中读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，直到管道中有空位置了才写入数据并返回。

    总结：

    1）读管道：  1. 管道中有数据，read返回实际读到的字节数。

                          2. 管道中无数据：

                             (1) 管道写端被全部关闭，read返回0 (好像读到文件结尾)

                             (2) 写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)

    2）写管道：  1. 管道读端全部被关闭， 进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止)

                          2. 管道读端没有全部关闭：

                             (1) 管道已满，write阻塞。

                             (2) 管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。

    练习1：使用管道实现父子进程间通信，完成：ls | wc -l。假定父进程实现ls，子进程实现wc？

                 注意：ls命令正常会将结果集写出到stdout，但现在会写入管道的写端；wc -l 正常应该从stdin读取数据，但此时会从管道的读端读。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int fd[2];
    pipe(fd);

    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0){
        //son
        //son -- > ls
        //关闭 写端
        close(fd[1]);
        //1. 先重定向
        dup2(fd[0], STDIN_FILENO);//标准输入重定向到管道写端
        //2. execlp
        execlp("wc","wc","-l",NULL);
    }else if(pid > 0){
        //parent
        //关闭读端
        close(fd[0]);
        //1. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
        dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
        //2. execlp
        execlp("ls","ls",NULL);
    }

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int fd[2];
    pipe(fd);

    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0){
        //son 
        //son -- > ps 
        //关闭 读端
        close(fd[0]);
        //1. 先重定向
        dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);//标准输出重定向到管道写端
        //2. execlp 
        execlp("ps","ps","aux",NULL);
    }else if(pid > 0){
        //parent
        //关闭写端
        close(fd[1]);
        //1. 先重定向，标准输入重定向到管道读端
        dup2(fd[0],STDIN_FILENO);
        //2. execlp 
        execlp("grep","grep","bash",NULL);
    }

    return 0;
}

执行结果分析：程序执行，发现程序执行结束，shell还在阻塞等待用户输入。这是因为，shell → fork → ./pipe2， 程序pipe2的子进程将stdin重定向给管道，父进程执行的ls会将结果集通过管道写给子进程。若父进程在子进程打印wc的结果到屏幕之前被shell调用wait回收，shell就会先输出$提示符。

    练习2：使用管道实现兄弟进程间通信。 兄：ls  弟： wc -l  父：等待回收子进程？要求，使用“循环创建N个子进程”模型创建兄弟进程，使用循环因子i标示。注意管道读写行为。

实现思路：父进程关闭读写端，两个子进程，一个关闭管道的读端去写，一个关闭管道的写端去读。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int fd[2];
    pid_t pid;
    int n = 2, i = 0;
    pipe(fd);

    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        pid = fork();
        if (pid == 0)
        {
            break;
        }
    }

    //兄弟进程
    if (i == 0)
    {
        printf("Brother1 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        //1. 关闭写端
        close(fd[1]);
        //2. 先重定向
        dup2(fd[0], STDIN_FILENO);//标准输入重定向到管道写端
        //3. 执行execlp
        execlp("wc","wc","-l",NULL);

    }
    //兄弟进程
    else if (i == 1)
    {
        printf("Brother2 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        //1. 关闭读端
        close(fd[0]);
        //2. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
        dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
        //3. execlp
        execlp("ls","ls",NULL);

    }

    else if (i == 2)
    {
        //parent
        //父亲需要关闭读写两端
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
        //回收子进程
        wait(NULL);
        wait(NULL);
    }

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    int fd[2];
    pipe(fd);
    pid_t pid;
    int n =2,i = 0;
    for(i = 0; i < n; i ++){
        pid = fork();
        if(pid == 0){
            break;
        }
    }

    //i = 0 ,代表兄长，1 - 代表弟弟，2- 父亲
    if(i == 0){
        //兄长进程
        //1. 关闭读端
        close(fd[0]);
        //2. 重定向
        dup2(fd[1],STDOUT_FILENO);
        //3. 执行 execlp
        execlp("ps","ps","aux",NULL);
            
    }else if(i == 1){
        //弟弟 
        //1. 关闭写端
        close(fd[1]);
        //2. 重定向
        dup2(fd[0],STDIN_FILENO);
        //3. 执行ececlp
        execlp("grep","grep","bash",NULL);

    }else if(i == 2){
        //parent 
        //父亲需要关闭读写两端
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
        //回收子进程
        wait(NULL);
        wait(NULL);
    }


    return 0;
}

    测试：是否允许，一个pipe有一个写端多个读端呢？是否允许有一个读端多个写端呢？

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int fd[2];
    pid_t pid;
    int n = 3, i = 0;
    pipe(fd);

    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        pid = fork();
        if (pid == 0)
        {
            break;
        }
    }

    //兄弟进程
    if (i == 0)
    {
        printf("Brother1 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        //1. 关闭写端
        close(fd[1]);
        //2. 先重定向
        dup2(fd[0], STDIN_FILENO);//标准输入重定向到管道写读端
        //3. 执行execlp
        char buf[256] = {0};
        while(1)
        {
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            int ret =  read(fd[0], buf, sizeof(buf));
            if (ret == 0)
            {
                printf("read over");
                break;
            }
        }
    }

    //兄弟进程
    else if (i == 1)
    {
        printf("Brother2 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        //1. 关闭读端
        close(fd[1]);
        //2. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
        dup2(fd[0], STDIN_FILENO);
        char buf[256] = {0};
        while(1)
        {
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            int ret =  read(fd[0], buf, sizeof(buf));
            if (ret == 0)
            {
                printf("read over");
                break;
            }
        }
    }
    //兄弟进程
    else if (i == 2)
    {
        printf("Brother3 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        //1. 关闭读端
        close(fd[0]);
        //2. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
        dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
        //3. 写数据到写端
        int num = 0;
        char buf[256] = {0};
        while(1)
        {
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            sprintf(buf, "from broth3 %d\n", num++);
            int ret = write(fd[1], buf, sizeof(buf));
            if (ret == -1)
            {
                perror("write err:");
                break;
            }
            sleep(1);
        }
    }
   else if (i == 3)
    {
        //parent
        //父亲需要关闭读写两端
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
        //回收子进程
        wait(NULL);
        wait(NULL);
        wait(NULL);
    }

    return 0;
}

结论：一个读多个写会hang住。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int fd[2];
    pid_t pid;
    int n = 3, i = 0;
    pipe(fd);

    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        pid = fork();
        if (pid == 0)
        {
            break;
        }
    }

    //兄弟进程
    if (i == 0)
    {
        printf("Brother1 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        //1. 关闭写端
        close(fd[1]);
        //2. 先重定向
        dup2(fd[0], STDIN_FILENO);//标准输入重定向到管道写读端
        //3. 执行execlp
        char buf[256] = {0};
        while(1)
        {
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            int ret =  read(fd[0], buf, sizeof(buf));
            if (ret == 0)
            {
                printf("read over");
                break;
            }
        }
    }
    //兄弟进程
    else if (i == 1)
    {
        printf("Brother2 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        //1. 关闭读端
        close(fd[0]);
        //2. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
        dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
        int num = 0;
        char buf[256] = {0};
        while(1)
        {
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            sprintf(buf, "from broth2 %d\n", num++);
            int ret = write(fd[1], buf, sizeof(buf));
            if (ret == -1)
            {
                perror("write err:");
                break;
            }
            sleep(1);
        }
    }
    //兄弟进程
    else if (i == 2)
    {
        printf("Brother3 pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        //1. 关闭读端
        close(fd[0]);
        //2. 先重定向，标准输出重定向到管道读端
        dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
        //3. 写数据到写端
        int num = 0;
        char buf[256] = {0};
        while(1)
        {
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            sprintf(buf, "from broth3 %d\n", num++);
            int ret = write(fd[1], buf, sizeof(buf));
            if (ret == -1)
            {
                perror("write err:");
                break;
            }
            sleep(1);
        }
    }
    else if (i == 3)
    {
        //parent
        //父亲需要关闭读写两端
        close(fd[0]);
        close(fd[1]);
        //回收子进程
        wait(NULL);
        wait(NULL);
        wait(NULL);
    }

    return 0;
}

结论：一个写多个读会hang住。

    （4）管道缓冲区大小

    可以使用ulimit -a 命令来查看当前系统中创建管道文件所对应的内核缓冲区大小。通常为：

pipe size            (512 bytes, -p) 8

    也可以使用fpathconf函数，借助参数        选项来查看。使用该宏应引入头文件<unistd.h>

    long fpathconf(int fd, int name);      成功：返回管道的大小         失败：-1，设置errno

    （5）管道优劣

    优点：简单，相比信号，套接字实现进程间通信，简单很多。

    缺点：1. 只能单向通信，双向通信需建立两个管道。

               2. 只能用于父子、兄弟进程(有共同祖先)间通信。该问题后来使用fifo有名管道解决。

2. FIFO

    FIFO常被称为有名管道，以区分管道(pipe)。管道(pipe)只能用于“有血缘关系”的进程间。但通过FIFO，不相关的进程也能交换数据。

    FIFO是Linux基础文件类型中的一种。但FIFO文件在磁盘上没有数据块，仅仅用来标识内核中一条通道。各进程可以打开这个文件进行read/write，实际上是在读写内核通道，这样就实现了进程间通信。

创建方式：

    1. 命令：mkfifo 管道名

    2. 库函数：int mkfifo(const char *pathname,  mode_t mode);  成功：0； 失败：-1

         一旦使用mkfifo创建了一个FIFO，就可以使用open打开它，常见的文件I/O函数都可用于fifo。如：close、read、write、unlink等。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main(int argc,char * argv[])
{
    if(argc != 2){
        printf("./a.out fifoname\n");
        return -1;
    }

    int ret = mkfifo(argv[1], 0666);
    if (ret < 0 && errno != EEXIST)
    {
        printf("create fifo file %s failed\n", argv[1]);
        return -1;
    }

    // 创建一个 myfifo 文件
    //打开fifo文件
    printf("begin open ....\n");
    int fd = open(argv[1],O_WRONLY);
    printf("end open ....\n");
    //写
    char buf[256];
    int num = 1;
    while(1){
        memset(buf,0x00,sizeof(buf));
        sprintf(buf,"from write data:%04d",num++);
        write(fd,buf,strlen(buf));
        sleep(1);
        //循环写
    }
    //关闭描述符
    close(fd);
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    if(argc != 2){
        printf("./a.out fifoname\n");
        return -1;
    }
    printf("begin oepn read...\n");
    int fd = open(argv[1],O_RDONLY);
    printf("end oepn read...\n");

    char buf[256];
    int ret;
    while(1){
        //循环读
        memset(buf,0x00,sizeof(buf));
        ret = read(fd,buf,sizeof(buf));
        if(ret > 0){
            printf("read:%s\n",buf);
        }
    }

    close(fd);
    return 0;
}

注意：

FIFOs
        Opening the read or write end of a FIFO blocks until the other end is also opened (by another process or thread). See fifo(7) for further details.

open注意事项，打开fifo文件的时候，read端会阻塞等待write端open，write端同理，也会阻塞等待另外一端打开。

3. 共享存储映射

 （1）文件进程间通信

    使用文件也可以完成IPC，理论依据是，fork后，父子进程共享文件描述符。也就共享打开的文件。

 （2）存储映射IO

    存储映射I/O (Memory-mapped I/O) 使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射。于是当从缓冲区中取数据，就相当于读文件中的相应字节。于此类似，将数据存入缓冲区，则相应的字节就自动写入文件。这样，就可在不适用read和write函数的情况下，使用地址（指针）完成I/O操作。

    使用这种方法，首先应通知内核，将一个指定文件映射到存储区域中。这个映射工作可以通过mmap函数来实现。

    1）mmap函数

void *mmap(void *adrr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

    返回：

          成功：返回创建的映射区首地址；

          失败：MAP_FAILED宏

    参数：    

         addr：建立映射区的首地址，由Linux内核指定。使用时，直接传递NULL

         length：欲创建映射区的大小

         prot： 映射区权限PROT_READ、PROT_WRITE、PROT_READ|PROT_WRITE

         flags：标志位参数(常用于设定更新物理区域、设置共享、创建匿名映射区)

                     MAP_SHARED:  会将映射区所做的操作反映到物理设备（磁盘）上。

                     MAP_PRIVATE: 映射区所做的修改不会反映到物理设备。

         fd：用来建立映射区的文件描述符

         offset：映射文件的偏移(4k的整数倍)

     2）munmap函数

    同malloc函数申请内存空间类似的，mmap建立的映射区在使用结束后也应调用类似free的函数来释放。

int munmap(void *addr, size_t length);  成功：0； 失败：-1

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string.h>

int main()
{
    int fd = open("mem.txt",O_RDWR);//创建并且截断文件
    //int fd = open("mem.txt",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0664);//创建并且截断文件

    ftruncate(fd,8);   
    //创建映射区
   char *mem = mmap(NULL,20,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
    //char *mem = mmap(NULL,8,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_PRIVATE,fd,0);

    if(mem == MAP_FAILED){
        perror("mmap err");
        return -1;
    }
    close(fd);
    //拷贝数据
    strcpy(mem,"helloworld");
//    mem++;
    //释放mmap
    printf("mem = %s\n", mem);
    
    if(munmap(mem,20) < 0){
        perror("munmap err");
    }
    return 0;
}

执行结果：

执行mmap_size之前，mem.txt大小为30，代码中 ftruncate(fd,8); 将文件截断为8个字节大小，共享映射为20个字节，虽然文件大小（8） < 映射区大小（20），映射区可以存储helloworld（10），同时修改文件mem.txt内容。

[root@centos 09-linux-day06]# cat mem.txt
*****************************
[root@centos 09-linux-day06]# ./mmap_size
mem = helloworld
[root@centos 09-linux-day06]# cat mem.txt
hellowor

 

    借鉴malloc和free函数原型，尝试装自定义函数smalloc，sfree来完成映射区的建立和释放。思考函数接口该如何设计？

    mmap九问：
   1. 如果更改mem变量的地址，释放的时候munmap，传入mem还能成功吗？ 不能！！

   2. 如果对mem越界操作会怎么样？ 文件的大小对映射区操作有影响，尽量避免。

   3. 如果文件偏移量随便填个数会怎么样？ offset必须是 4k的整数倍

   4 如果文件描述符先关闭，对mmap映射有没有影响？没有影响

   5. open的时候，可以新创建一个文件来创建映射区吗？不可以用大小为0的文件

   6. open文件选择O_WRONLY，可以吗？ 不可以： Permission denied

   7. 当选择MAP_SHARED的时候，open文件选择O_RDONLY，prot可以选择PROT_READ|PROT_WRITE吗？Permission denied ，SHARED的时候，映射区的权限 <= open文件的权限

   8. mmap什么情况下会报错？很多情况

   9. 如果不判断返回值会怎么样？ 会死的很难堪！！

总结：使用mmap时务必注意以下事项：

   1. 创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作。

   2. 当MAP_SHARED时，要求：映射区的权限应 <=文件打开的权限(出于对映射区的保护)。而MAP_PRIVATE则无所谓，因为mmap中的权限是对内存的限制。

   3. 映射区的释放与文件关闭无关。只要映射建立成功，文件可以立即关闭。

   4. 特别注意，当映射文件大小为0时，不能创建映射区。所以：用于映射的文件必须要有实际大小！！    mmap使用时常常会出现总线错误，通常是由于共享文件存储空间大小引起的。

   5. munmap传入的地址一定是mmap的返回地址。坚决杜绝指针++操作。

   6. 文件偏移量必须为4K的整数倍

   7. mmap创建映射区出错概率非常高，一定要检查返回值，确保映射区建立成功再进行后续操作。

 （3）mmap父子进程间通信

   父子等有血缘关系的进程之间也可以通过mmap建立的映射区来完成数据通信。但相应的要在创建映射区的时候指定对应的标志位参数flags：

   MAP_PRIVATE:  (私有映射)  父子进程各自独占映射区；

   MAP_SHARED:  (共享映射)  父子进程共享映射区；

   练习：父进程创建映射区，然后fork子进程，子进程修改映射区内容，而后，父进程读取映射区内容，查验是否共享。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    // 先创建映射区
    int fd = open("mem.txt",O_RDWR);
    int *mem = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    //int *mem = mmap(NULL,4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0);
    if(mem == MAP_FAILED){
        perror("mmap err");
        return -1;
    }
    // fork子进程
    pid_t pid = fork();

    // 父进程和子进程交替修改数据
    if(pid == 0 ){
        //son 
        *mem = 100;
        printf("child,*mem = %d\n",*mem);
        sleep(3);
        printf("child,*mem = %d\n",*mem);
    }
    else if(pid > 0){
        //parent
        sleep(1);
        printf("parent,*mem=%d\n",*mem);
        *mem = 1001;
        printf("parent,*mem=%d\n",*mem);
        wait(NULL);
    }

    munmap(mem,4);
    close(fd);
    
    return 0;
}

   结论：父子进程共享：1. 打开的文件  2. mmap建立的映射区(但必须要使用MAP_SHARED)

 （4）匿名映射

   通过使用我们发现，使用映射区来完成文件读写操作十分方便，父子进程间通信也较容易。但缺陷是，每次创建映射区一定要依赖一个文件才能实现。通常为了建立映射区要open一个temp文件，创建好了再unlink、close掉，比较麻烦。 可以直接使用匿名映射来代替。其实Linux系统给我们提供了创建匿名映射区的方法，无需依赖一个文件即可创建映射区。同样需要借助标志位参数flags来指定。

   使用MAP_ANONYMOUS (或MAP_ANON)， 如:

int *p = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0); 

   需注意的是，MAP_ANONYMOUS和MAP_ANON这两个宏是Linux操作系统特有的宏。在类Unix系统中如无该宏定义，可使用如下两步来完成匿名映射区的建立。

         1）fd = open("/dev/zero", O_RDWR);

         2）p = mmap(NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MMAP_SHARED, fd, 0);

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    int *mem = mmap(NULL,4,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANON,-1,0);

    if(mem == MAP_FAILED){
        perror("mmap err");
        return -1;
    }

    pid_t pid = fork();

    if(pid == 0 ){
        //son 
        *mem = 100;
        printf("child,*mem=%d\n",*mem);
        sleep(3);
        printf("child,*mem=%d\n",*mem);
    }else if(pid > 0){
        //parent 
        sleep(1);
        printf("parent,*mem=%d\n",*mem);
        *mem = 200;
        printf("parent,*mem=%d\n",*mem);
        wait(NULL);
    }

    munmap(mem,4);
    
    return 0;
}

（5）mmap无血缘关系进程间通信

   实质上mmap是内核借助文件帮我们创建了一个映射区，多个进程之间利用该映射区完成数据传递。由于内核空间多进程共享，因此无血缘关系的进程间也可以使用mmap来完成通信。只要设置相应的标志位参数flags即可。若想实现共享，当然应该使用MAP_SHARED了。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>

typedef struct  _Student{
    int sid;
    char sname[20];
}Student;

int main(int argc,char *argv[])
{
    if(argc != 2){
        printf("./a.out filename\n");
        return -1;
    }
    
    // 1. open file 
    int fd = open(argv[1],O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
    int length = sizeof(Student);

    ftruncate(fd,length);

    // 2. mmap
    Student * stu = mmap(NULL,length,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
    
    if(stu == MAP_FAILED){
        perror("mmap err");
        return -1;
    }
    int num = 1;
    // 3. 修改内存数据
    while(1){
        stu->sid = num;
        sprintf(stu->sname,"from mmap write-%03d",num++);
        sleep(1);//相当于没隔1s修改一次映射区的内容
    }
    // 4. 释放映射区和关闭文件描述符
    munmap(stu,length);
    close(fd);

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>

typedef struct _Student{
    int sid;
    char sname[20];
}Student;

int main(int argc,char *argv[])
{
    //open file 
    int fd = open(argv[1],O_RDWR);
    //mmap 
    int length = sizeof(Student);
    Student *stu = mmap(NULL,length,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);
    if(stu == MAP_FAILED){
        perror("mmap err");
        return -1;
    }
    //read data 
    while(1){
        printf("sid=%d,sname=%s\n",stu->sid,stu->sname);
        sleep(1);
    }
    //close and munmap 
    munmap(stu,length);
    close(fd);
    return 0;
}

练习：

    1.通过命名管道传输数据，进程A和进程B，进程A将一个文件（MP3）发送给进程B？
    2.实现多进程拷贝文件？

实现思路：

代码实现：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    //拷贝文件起的进程数，通过参数输入，默认是5个
    int n = 5;
    //输入参数至少是3，第4个参数是进程个数
    if (argc < 3)
    {
        printf("./a.out src dst [n]\n");
        return -1;
    }
    if (argc == 4)
    {
        n = atoi(argv[3]);
    }

    //打开源文件
    int srcfd = open(argv[1], O_RDONLY);
    if (srcfd < 0)
    {
        perror("open src err:");
        exit(1);
    }

    //打开目标文件
    int dstfd = open(argv[2], O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0644);
    if (dstfd < 0)
    {
        perror("open dst err:");
        exit(1);
    }

    //目标拓展，从源文件获得文件大小，stat
    struct stat sb;
    stat(argv[1], &sb);
    //将目标文件设置为和源文件大小相同
    int len = sb.st_size;
    truncate(argv[2], len);

    //将源文件映射到缓冲区
    char *psrc = mmap(NULL, len, PROT_READ, MAP_SHARED, srcfd, 0);
    if (psrc == MAP_FAILED)
    {
        perror("mmap src err:");
        exit(1);
    }

    //将目标文件映射
    char *pdst = mmap(NULL, len, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, dstfd, 0);
    if (pdst == MAP_FAILED)
    {
        perror("mmap pdst err:");
        exit(1);
    }
    //创建多个子进程
    int i = 0;
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        if (fork() == 0)
        {
            break;
        }
    }
    //计算子进程需要拷贝的起点大小
    int cpsize = len/n;
    int mod = len%n;
    //数据拷贝，memcpy
    if (i < n)
    {
        //最后一个子进程
        if (i == n-1)
        {
            memcpy(pdst+i*cpsize, psrc+i*cpsize, cpsize+mod);
        }
        else 
        {
            memcpy(pdst+i*cpsize, psrc+i*cpsize, cpsize);
        }
    }
    else
    {
        for (i = 0; i < n; i++)
        {
            //回收子线程
            wait(NULL);
        }
    }
    //释放映射区
    if (munmap(psrc, len) < 0)
    {
        perror("munmap src err:");
        exit(1);
    }

    if (munmap(pdst, len) < 0)
    {
        perror("munmap dst err:");
        exit(1);
    }

    //关闭文件
    close(srcfd);
    close(dstfd);
    
    return 0;
}