操作系统lecture5_进程间通信

#include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> main() { char buffer[80]; int fd; char *FIFO=“pipe1”; mkfifo(FIFO,0666); if(fork()>0){ char s[ ] = "hello!\n"; fd = open (FIFO,O_WRONLY); write(fd,s,sizeof(s)); close(fd); } else{ fd= open(FIFO,O_RDONLY); read(fd,buffer,80); printf("%s",buffer); close(fd); } }
Linux操作系统原理与应用
第五讲：进程间通信
主讲：张齐勋 zhangqx@
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提纲

概述 管道 消息队列 共享内存 信号量
一、概述



在Linux系统中，以进程为单位来分配和管理资源。 由于保护的缘故，一个进程不能直接访问另一个 进程的资源，也就是说，进程之间互相封闭。 在一个复杂的应用系统中，通常会使用多个相关 的进程来共同完成一项任务，因此要求进程之间 必须能够互相通信，从而来共享资源和信息。 所以，一个操作系统内核必须提供进程间的通 信机制。



int msgget (key_t key, int fnt msgsnd (int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz, int flag) 其中：msqid是消息队列的队列ID；
fd[0]――Pipe的出口
•进程通信 管道 (pipe系统调用） pipe(fd): 创建一个管道，fd[0]为管道的读端；fd[1]为管道的写端。 管道可用来实现父进程与其子孙进程之间的通信。管道以FIFO方式传送消息。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> main() { int x,fd[2]; char buf[30],s[30]; pipe(fd); /*创建管道*/ while((x=fork()) = = -1); /*创建子进程失败时，循环*/ if(x = = 0) { sprintf(buf,“This is an example\n”); write(fd[1],buf,30); /*把buf中的字符写入管道*/ exit(0); } wait(0); read(fd[0],s,30); /*父进程读管道中的字符*/ printf(“%s”,s); }
系统文件 write(fd[1],buf,size) 功能：把buf中的长度为size字符的消息送入管道入口fd[1]
fd[1]—pipe入口
buf:存放消息的空间 size :要写入的字符长度
系统文件 read(fd[0],buf,size)
功能：从pipe出口fd[0]读出size字符的消息置入 buf中。

有名管道的创建 #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)

该函数的第一个参数是一个普通的路径名，也就是创建后FIFO的 名字。 第二个参数与打开普通文件的open()函数中的mode 参数相同。 如果mkfifo的第一个参数是一个已经存在的路径名时，会返回 EEXIST错误，所以一般典型的调用代码首先会检查是否返回该错 误，如果确实返回该错误，那么只要调用打开FIFO的函数就可以 了。一般文件的I/O函数都可以用于FIFO，如close、read、write 等等。
此命令只能由下列两种进程执行：一种是其有效用户ID等于 msg_perm.cuid或msg_perm.uid;另一种是具有超级用户特权 的进程。

消息 实例分析

问题描述

设计两个程序，要求用消息队列实现聊天程序。增 加结束字符，比如最后输入“end”后结束进程。 设消息队列的key为1234。
send.c

int msgrcv (int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz,long msgtyp, int flag)



msqid是消息队列的引用标识符； msgp是接收到的消息将要存放的缓冲区； msgsz是消息的大小； msgtyp是期望接收的消息类型； msgflg是标志。
命令1：“ls > tmp” 命令2：”more < tmp” 命令1把ls的输出重定向到tmp文件中； 命令2把more的输入重定向到tmp文件
创建管道
管道的创建： #include <unistd.h> int pipe(int fd[2]) 该函数创建的管道的两端处于一个 进程中间，在实际应用中没有太大意 义，因此，一个进程在由pipe()创建管 道后，一般再fork一个子进程，然后 通过管道实现父子进程间的通信。
有名管道 管道应用的一个重大限制是它没有名字，因此，只能用于 具有亲缘关系的进程间通信，在有名管道（named pipe 或FIFO）提出后，该限制得到了克服。 FIFO不同于管道之处在于它提供一个路径名与之关联， 以FIFO的文件形式存在于文件系统中。这样，即使与 FIFO的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问 该路径，就能够彼此通过FIFO相互通信（能够访问该路 径的进程以及FIFO的创建进程之间）。 因此，通过FIFO不相关的进程也能交换数据。值得注意 的是，FIFO严格遵循先进先出（first in first out），对 管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则 把数据添加到末尾。




int msgctl (int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf) msqid是消息队列的引用标识符； cmd是执行命令； buf是一个缓冲区。 cmd参数指定对于由msqid规定的队列要执行的命令：
IPC_STAT 取此队列的msqid_ds结构，并将其存放在buf指向的结 构中。 IPC_SET 按由buf指向的结构中的值，设置与此队列相关的结构中的 下列四个字段： msg_perm.uid、msg_perm.gid、msg_perm;mode和 msg_qbytes。此命令只能由下列两种进程执行：一种是其有效用户ID 等于msg_perm.cuid或msg_perm.uid;另一种是具有超级用户特权的 进程。只有超级用户才能增加msg_qbytes的值。 IPC_RMID 从系统中删除该消息队列以及仍在该队列上的所有数据。 这种删除立即生效。仍在使用这一消息队列的其他进程在它们下一次 试图对此队列进行操作时，将出错返回EIDRM。
三、消息队列
消息队列就是消息的一个链表，它允许一个或多个进 程向它写消息，一个或多个进程从中读消息。具有一定的 FIFO的特性，但是可实现消息的随即查询。这些消息存 在于内核中，由“队列ID”来标识。 消息队列的实现包括创建和打开队列、添加消息、读 取消息和控制消息队列这四种操作。 msgget：创建和打开队列，其消息数量受系统限制。 msgsnd：添加消息，将消息添加到消息队列尾部。 msgrcv：读取消息，从消息队列中取走消息。 msgctl：控制消息队列。
注意：fd[0] 用于读取管道，fd[1] 用于写入 管道。

管道读写
管道主要用于不同进程间通信。实际上，通常先创建 一个管道，再通过fork函数创建一个子进程。


子进程写入和父进程读的命名管道：
关闭父进程fd[1] 和 子进程[0]
管道的读写规则
管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描 述。 需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。 即一端只能用于读，由描述字fd[0]表示，称其为 管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1] 来表示，称其为管道写端。 如果试图从管道写端读取数据，或者向管道 读端写入数据都将导致错误发生。 一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、 read、write等等。
msgp是消息内容所在的缓冲区； msgsz是消息的大小； msgflg是标志,IPC_NOWAIT若消息并没有立交发送 而调用进程会立即返回。



struct msgbuf { long mtype; /* type of message */ char mtext[1]; /* message text */ };
管道是Linux支持的最初Unix IPC形式之一，具有以下特点： 管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通 信时，需要建立起两个管道； 只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进 程）； 单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程 而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某 种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并 且只存在与内存中。 数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另 一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的 末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。
server.c代码
运行结果
四、共享内存
共享内存可以说是最有用的进程间通信方 式，也是最快的IPC形式。两个不同进程A、B 共享内存的意思是，同一块物理内存被映射到 进程A、B各自的进程地址空间。进程A可以 即时看到进程B对共享内存中数据的更新，反 之亦然。由于多个进程共享同一块内存区域， 必然需要某种同步机制，互斥锁和信号量都可 以。
信号 实例分析

问题描述：

设计一个程序，由父进程创建一个子进程，在父进 程中显示3行“How are you！”，然后向子进程 发送软中断信号，等待子进程终止后输出结束信息 “OK”，然后终止执行。子进程中循环显示“I am child”，接受到父进程发来的软中断信号后停 止循环，显示“child exited！”并终止运行。
一、管道


管道和有名管道是最早的进程间通信机制之 一，管道可用于具有亲缘关系进程间的通信， 有名管道克服了管道没有名字的限制，因此， 除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘 关系进程间的通信。 管道是指用于连接一个读进程和一个写进程， 以实现它们之间通信的共享方式，又称pipe文 件。
管道
有名管道比管道多了一个打开操作：open。 FIFO的打开规则： 如果当前打开操作是为读而打开FIFO时，若已经 有相应进程为写而打开该FIFO，则当前打开操作 将成功返回；否则，可能阻塞直到有相应进程为 写而打开该FIFO（当前打开操作设置了阻塞标 志）；或者，成功返回（当前打开操作没有设置 阻塞标志）。 如果当前打开操作是为写而打开FIFO时，如果已 经有相应进程为读而打开该FIFO，则当前打开操 作将成功返回；否则，可能阻塞直到有相应进程 为读而打开该FIFO（当前打开操作设置了阻塞标 志）；或者，返回ENXIO错误（当前打开操作没 有设置阻塞标志）。

管道是所有Unix都提供的一种IPC机制

一个进程将数据写入管道，另一个进程从管道中读取数 据 命令：“ls | more” 使用pipeline “|”将两个命令”ls”和“more”连接起来， 使得ls的输出成为more的输入 也可以使用如下的两个命令


在shell中使用管道的例子


管道的局限性
从IPC的角度看，管道提供了从一个进程向另一个进 程传输数据的有效方法。但是，管道有一些固有的局限性： 1.因为读数据的同时也将数据从管道移去，因此，管 道不能用来对多个接收者广播数据。 2.管道中的数据被当作字节流，因此无法识别信息的 边界。 如果一个管道有多个读进程，那么写进程不能发送数 据到指定的读进程。同样，如果有多个写进程，那么没有 办法判断是它们中哪一个发送的数据。