linux学习笔记之进程间通信

 

一、基础知识。

1：进程通信基础（interProcess Communication, IPC）：管道，FIFO（命名管道），XSI IPC，POSIX 信号量。

2：管道。

　　1，缺陷。

　　　　1）部分系统支持全双工（不确定linux）

　　　　2）管道只能在具有公共祖先的两个进程之间使用。

　　2，相关函数。

　　3，协同进程：一个过滤程序既产生某个过滤程序的输入，又读取该过滤程序的输出。

3：FIFO。

　　1，作用：能够使 不相关的进程 进行通信。

　　2，一些注意点。

　　　　1）FIFO路径名存在于文件系统中。

　　3，一些用途。

　　　　1）shell命令使用FIFO将数据从一条管道传送到另外一条。无需创建中间文件。

　　　　2）C/S模式中，FIFO用作汇聚点，在客户进程和服务器进程之间传递数据。

4：XSI IPC。

　　1，有三种：消息队列，信号量，共享储存器。

　　2，使用 非负整数 的标识符。数据类型为： key_t <sys/types.h>

　　3，有多种方法使 客户进程 和服务器进程 在同一IPC结构上汇聚。

　　　　1）服务器进程指定键IPC_PROVATE创建新IPC结构，并将标识符存放在某处，让客户进程取用。

　　　　2）在公共头文件中定义一个 两个进程 都认可的键。

　　　　3）两个进程 认可一个路径名和项目ID使用ftok函数将两个值变成一个KEY。

　　4，基本问题。

　　　　1）IPC结构在系统范围内起作用，没有引用计数。

　　　　2）IPC结构在文件系统中没有名字。

　　　　3）IPC不能使用文件描述符，所以不能对它们使用多路转接IO函数。

　　5，消息队列：消息的链接表。

　　6，信号量：一个计数器。用于为多个进程提供对共享数据对象的访问。

　　　　1）信号量通常在内核中实现。且减1操作为原子操作。

　　　　2）进程终止时，内核会自动检测信号量，并进行调整。

　　　　3）互斥量比信号量快很多。但如果可能尽量使用信号量。因为信号量的心痛支持度较高，而且复杂性更低。

　　7，共享存储：最快的IPC。

　　　　1）信号量可用于同步共享储存访问。

5：POSIX 信号量。

　　1，相对XSI优点。

　　　　1）更高性能。

　　　　2）使用更简单：没有信号量集，部分操作统一化。

　　　　3）信号量删除表现的更完美：直到最后一次使用后才释放。

　　2，拥有两种性是：命名的和未命名的。差异：创建和销毁的形式上。

　　3，为增加移植性，信号量命名应该有一定规则：

　　　　1）第一个字符为 斜杠 / 。

　　　　2）名字不包含其他斜杠以避免实现定义的行为。

　　　　3）信号量名最大长度由实现定义。

　　4，P470 客户进程-服务器进程属性。

二、相关函数。

1：管道。

1 创建管道。
　　int pipe( int fd[2] );
　　// 1 fd[0]为读 fd[1]为写。fd[1]的输出是fd[0]的输入。
2 创建一个管道，fork一个子进程，关闭未使用的管道端，执行一个shell命令，等待命令终止。
　　// !!!需要进一步了解者两个函数原理和使用机制!!!
　　FILE *popen( cosnt char *cmdstring, const char *type );　　// fork --> exec and cmd --> return a ptr of IO.
　　int pclose( FILE *fp );
　　// 适用于简单的过滤器程序

 

 2：FIFO：命名管道。

#include <sys/stat.h>
1 创建FIFO
　　int mkfifo( const char *path, mode_t mode );
　　int mkfifoat( int fd, const char *path, mode_t mode );
　　// 1 一般情况下，都是阻塞到读写开始为止。但设置非阻塞时，会立即返回-1，errno设置ENXIO。

 

 

 3：XSI IPC

1 通过路径名+项目ID产生一个KEY。
　　key_t ftok( const char *path, int id );
　　// 1 参数path必须引用现有文件，参数id只使用低8位。
2 ipc_perm 权限和所有者.
　　struct ipc_perm
　　{
　　　　uid_t   uid;    // owner's effective user id.
　　　　gid_t   gid;    // owner's effective group id.
　　　　uid_t   cuid;   // creator's effective user id.
　　　　gid_t   cgid;   // creator's effective group id.
　　　　mode_t  mode;   // access modes
　　}  // 此为最小结构。具体实现 可添加成员
3 消息队列的信息结构 msqid_ds。
　　struct msqid_ds
　　{
　　　　struct ipc_perm      msg_perm;   // see section.
　　　　msgqnum_t            msg_qnum;   // # of messages on queue.
　　　　msglen_t             msg_qbytes; // max # of bytes on queue.
　　　　pid_t                msg_lspid;  // pid of last msgsnd()
　　　　pid_t                msg_lrpid;  // pid of last msgrcv()
　　　　time_t               msg_stime;  // last-msgsnd() time
　　　　time_t               msg_rtime;  // last-msgrcv() time
　　　　time_t               msg_ctime;  // last-change time
　　}
4 打开/创建 一个队列。
　　int msgget( key_t key, int flag );
5 对 队列 执行多种操作。
　　int msgctl( int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );
　　// 1 参数cmd：IPC_STAT, IPC_SET, IPC_RMID
6 将数据放到消息队列中。
　　int msgsnd( int msqid, cosnt void *ptr, size_t nbytes, int flag );
　　// 1 参数ptr：指向mymesg结构。
7 从队列取消息。
　　ssize_t megrcv( int msqid, void *ptr, size_t nbytes, long type, int flag );
　　// 1 参数type：>0时，以非 先进先出 的次序 获取消息。
8 获取一个信号量。
　　int semget( key_t key, int nsems, int flag );
9 多种信号量操作。
　　int semctl( int semid, int semnum, int cmd, .../* union semun arg */ );
　　// 1 参数cmd：IPC_STAT,IPC_SET,IPC_RMID,GETVAL...
10 自动执行信号量集合上的操作数组。
　　int semop( int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops );   // 具有原子性，或者执行所有，或者全部不执行。
　　struct sembuf
　　{
　　　　unsigned short    sum_num;   // member # in set (0, 1, ..., nsems-1)
　　　　short             sem_op;    // operation(negative, 0, or pasitive )
　　　　short             sem_flg;   // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
　　}
11 内核为每个共享储存段维护一个结构。
　　struct shmid_ds
　　{
　　　　struct ipc_perm  shm_perm;   // see section
　　　　size_t           shm_segsz;  // size of segment in bytes
　　　　pid_t            shm_lpid;   // pid of last shmop
　　　　pid_t            shm_cpid;   // pid of creator
　　　　shmatt_t         shm_nattch; // number of current attaches
　　　　time_t           shm_atime;  // last-attach time
　　　　time_t           shm_dtime;  // last-detach time
　　　　time_t           shm_ctime;  // last-change time
　　　　...
　　}
12 获得一个共享储存标示符。
　　int shmget( key_t key, size_t size, int flag );
　　// 1 参数size：字节为单位。通常为系统页长的整倍数。
13 对共享存储 执行多种操作。
　　int shmctl( int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf );
　　// 1 参数cmd：IPC_STAT,IPC_SET,IPC_RMID,SHM_LOCK,SHM_UNLOCK
14 将共享存储连接到进程中。
　　void shmat( int shmid, cosnt void *addr, int flag );
15 进程和共享存储的分离操作（不删除共享存储）。
　　int shmdt( const void *addr );

 

4：POSIX 信号量。

1 创建信号量 / 使用现有信号量。
　　sem_t sem_open( const char *name, int oflag, mode_t mode, unsinged int value );
2 释放信号量相关资源。
　　int sem_close( sem_t *sem );
3 销毁一个命名信号量。
　　int sem_unlink( const char *name );  // 当最后一个引用关闭时 才销毁。
4 实现信号量减一操作。
　　int sem_trywait( sem_t *sem );
　　int sem_wait( sem_t *sem );
　　int sem_timedwait( sem_t *sem, const struct timespec *restrict tsptr );
　　// 1 资源为0时，发生阻塞。>0，减一
5 信号量+1
　　int sem_post( sem_t *sem );
6 创建/销毁 一个未命名信号量。
　　int sem_init( sem_t *sem, int pshared, unsigned int value );
　　int sem_destroy( sem_t *sem );
7 检索信号量值。
　　int sem_getvalue( sem_t *restrict sem, int *restrict valp );
　　// 1 除非使用额外的同步机制来避免竞争，否则此函数只能用于调试

 

三、