一、进程间通信（IPC）
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：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、环境变量只能单身传递，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的方式（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。
3、有名管道(这种管道是以文件方式存在的)。
mkfifo ()会依参数pathname建立特殊的FIFO文件，该文件必须不存在，而参数mode为该文件的权限（mode%~umask），因此 umask值也会影响到FIFO文件的权限。Mkfifo()建立的FIFO文件其他进程都可以用读写一般文件的方式存取。
管道通信的编程模式：
进程A 进程B
创建管道mkfifo
打开管道open 打开管道
写／读数据read/write 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，这种管道只能用在fork创建的父子进程之间。
pipefd[0] 用来读数据
pipefd[1] 用来写数据
#include <stdio.h> #include <unistd.h> int main() { int pipefd[2] = {}; if(pipe(pipefd) < 0 ) { perror("pipe"); return -1; } if(0 == fork()) { int num = 10; write(pipefd[1],&num,4); close(pipefd[1]); return 0; } int num2; read(pipefd[0],&num2,4); printf("%d ",num2); close(pipefd[0]); }
三、XSI IPC进程间通信
XSI通信是靠内核的IPC对象进程通信。每一个IPC对象都有一个IPC标识(类似文件描述符)，IPC标识它是一个非的整数。
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。
产生键值的方法：
固定的字面值：1980014
使用函数计算：键值＝ftok(项目路径，项目id)
使用宏让操作系统随机分配：IPC_PRIVTE,但其必须把获取到IPC对象标识符记录下来，告诉其它进程
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、由内存维护一个共享的内存区域，其它进程把自己的虚拟地址映射到这块内存，然后多个进程之间就可以共享这块内存了。
2、这种进程间通信的好处是不需要信息复制，是进程间通信最快的一种方式。
3、但这种通信方式会面临同步的问题，需要与其它通信方式配合，最合适的就是信号。
共享内存的编程模式：
进程之间要约定一个键值
进程A 进程B
创建共享内存 获取共享内存
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
编程相关函数：
功能：创建共享内存
key：键值key，通常由ftok函数获取
size：共享的大小，尽量是4096的倍数（一页=4096byte）
shmflg：设置IPC_CREAT标志，则共享内存存在就打开，不存在则创建。设置IPC_CREAT | IPC_EXCL则不存在创建，存在则返回一个错误。
返回值：IPC对象标识符(类似文件描述符)
功能：加载共享内存（进程的虚拟地址与共享的内存映射）
shmid：shmget的返回值
shmaddr：进程提供的虚拟地址，如果为NULL，操作系统会自动选择一块地址映射。
shmflg：
SHM_RDONLY：限制内存的权限为只读
SHM_REMAP：映射已经存的共享内存。
SHM_RND：当shmaddr为空时自动分配
SHMLBA：shmaddr的值不能为空，否则出错
返回值：映射后的虚拟内存地址
功能：卸载共享内存（进程的虚拟地址与共享的内存取消映射关系）
addr参数是以前调用shmat时的返回值
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
示例：shm_a，shm_b
#include <stdio.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> char* buf = NULL; void sigint(int num) { printf(" 接收到数据:%s ",buf); printf(">"); fflush(stdout); } int main() { signal(SIGINT,sigint); key_t key = ftok("shm"，6); int pid = 0; printf("我是进程%d ",getpid()); printf("与我通信的进程是:"); scanf("%d",&pid); getchar(); // 创建共享内存 int shmid = shmget(key,4096,IPC_CREAT|0744); if(0 > shmid) { perror("shmget"); return -1; } // 加载共享内存 buf = shmat(shmid,NULL,SHM_RND); while(1) { printf(">"); gets(buf); kill(pid,SIGINT); } if(shmdt(buf)) { perror("shmdt"); } }
#include <stdio.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> char* buf = NULL; void sigint(int num) { printf(" 接收到数据:%s ",buf); printf(">"); fflush(stdout); } int main() { signal(SIGINT,sigint); key_t key = ftok("shm",6); int pid = 0; printf("我是进程%d ",getpid()); printf("与我通信的进程是:"); scanf("%d",&pid); getchar(); // 创建共享内存 int shmid = shmget(key,4096,0); if(0 > shmid) { perror("shmget"); return -1; } // 加载共享内存 buf = shmat(shmid,NULL,SHM_RND); while(1) { printf(">"); gets(buf); kill(pid,SIGINT); } if(shmdt(buf)) { perror("shmdt"); } }
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。
2、消息队列可以设定接收特定的消息类型，由此可以处理不同的消息类型的消息
3、消息队列类似于队列，先进先出的排队机制
功能：创建或获取消息队列
msgflg:IPC_CREAT|IPC_EXEC,为0则表示获取消息队列
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，通常为结构体地址
msgsz：消息内存的长度（不包括消息类型）
msgflg：
0：当消息队列满时，msgsnd将会阻塞，直到消息能写进消息队列
IPC_NOWAIT：当消息队列已满的时候，msgsnd函数不等待立即返回
MSG_NOERROR：当发送消息的实际长比msgsz还要长的话，则按照msgsz长度截取再发送，且不通知发送进程。
功能：从消息队列接收消息
msqid：msgget的返回值
msgp：存储消息的缓冲区
msgsz：要接收的消息长度
msgtyp：消息的的类型（它包含消息的前4个字节)
msgflg：
0: 阻塞式接收消息，没有该类型的消息msgrcv函数一直阻塞等待
IPC_NOWAIT：如果没有返回条件的消息调用立即返回，此时错误码为ENOMSG
IPC_EXCEPT：与msgtype配合使用返回队列中第一个类型不为msgtype的消息
IPC_NOERROR：如果队列中满足条件的消息内容大于所请求的size字节，则把该消息截断，截断部分将被丢弃
功能：控制／销毁消息队列
cmd：
IPC_STAT：获取消息队的属性
IPC_SET：设置消息队列的属性
IPC_RMID：删除消息队列
buf：通常填0
示例：
msg_a.c
#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> // 定义消息 typedef struct Msg { long type; char buf[255]; }Msg; int main() { // 获取键值 key_t key = ftok(".",6); // 创建消息队列 int msgid = msgget(key,0777|IPC_CREAT); if(0 > msgid) { perror("msgget"); return -1; } while(1) { Msg msg = {}; msg.type = 1; printf(">"); gets(msg.buf); msgsnd(msgid,&msg,sizeof(msg.buf),0); if('q' == msg.buf[0]) break; msgrcv(msgid,&msg,sizeof(msg.buf),2,0); perror("msgrcv"); if('q' == msg.buf[0]) break; printf("接收到：%s ",msg.buf); } msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL); }
msg_b.c
#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/msg.h> // 定义消息 typedef struct Msg { long type; char buf[255]; }Msg; int main() { key_t key = ftok(".",6); int msgid = msgget(key,0); if(0 > msgid) { perror("msgid"); return -1; } while(1) { Msg msg = {}; msgrcv(msgid,&msg,sizeof(msg.buf),1,0); printf("接收到：%s ",msg.buf); if('q' == msg.buf[0]) break; printf(">"); gets(msg.buf); msg.type = 2; msgsnd(msgid,&msg,sizeof(msg.buf),0); if('q' == msg.buf[0]) break; } }
六、信号量
1、信号量是一种特殊的变量，访问具有原子性。
2、我们使用信号量，来解决进程或线程间共享资源引发的同步问题。
3、可以将信号量理解为两个进程共享的一个变量
功能：创建一个新信号量或取得一个已有信号量
key：键值，通常由ftok函数获取
nsems：指定需要的信号量数目，它的值几乎总是1
semflg：IPC_CREAT | IPC_EXCL，为0则表示获取一个已有的信号量
功能：对信号量指定的变量进行操作，是选择发送（+1）还是等待（-1）；
sem_id：是由semget返回的信号量标识符；
sops：表示要对信号量进行什么操作；
struct sembuf{
short sem_num；//除非使用一组信号量，否则它为0 ,从0开始，表示要操作的信号量是第几个；
short sem_op；//信号量在一次操作中需要改变的数据，通常是两个数，一个是-1，即P（等待）操作， 对第一个变量选择的信号量进行操作；一个是+1，即V（发送信号）操作。
short sem_flg；//通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪信号， 并在进程没有释放该信号量而终止时，操作系统释放信号量
};
nsops：是表示操作的信号量个数。
功能：用来控制或销毁信号量
semid：信号量的标志码(ID)，也就是semget（）函数的返回值；
semnum：操作信号在信号集中的编号，从0开始；
cmd：命令，表示要进行的操作。
参数cmd中可以使用的命令如下：
IPC_STAT读取一个信号量集的数据结构semid_ds，并将其存储在semun中的buf参数中。
IPC_SET设置信号量集的数据结构semid_ds中的元素ipc_perm，其值取自semun中的buf参数。
IPC_RMID将信号量集从内存中删除。
GETALL用于读取信号量集中的所有信号量的值。
GETNCNT返回正在等待资源的进程数目。
GETPID返回最后一个执行semop操作的进程的PID。
GETVAL返回信号量集中的一个单个的信号量的值。
GETZCNT返回这在等待完全空闲的资源的进程数目。
SETALL设置信号量集中的所有的信号量的值。
SETVAL设置信号量集中的一个单独的信号量的值。
示例：图书馆借阅书籍小程序
lib.c
#include <stdio.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/types.h> #include <sys/sem.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> int semid = 0; void sigint(int signum) { //删除信号量 if(!semctl(semid,0,IPC_RMID)) { printf("图书馆关闭了... "); } } int main() { signal(SIGINT,sigint); key_t key = ftok(".",6); semid = semget(key,1,0644|IPC_CREAT); if(0 > semid) { perror("semget"); return -1; } //设置信号量初始值为10 semctl(semid,0,SETVAL,10); printf("图书馆开放了... "); pause(); }
customer.c
#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> int main() { key_t key = ftok(".",6); int semid = semget(key,0,0); if(semid < 0 ) { perror("semget"); return -1; } struct sembuf buf = {0,-2,0}; if(!semop(semid,&buf,1)) { printf("借到两本书... "); printf("还剩%d ",semctl(semid,0,GETVAL)); } getchar(); buf.sem_op = 2; if(!semop(semid,&buf,1)) { printf("还回去两本书... "); printf("还剩%d ",semctl(semid,0,GETVAL)); } }