linux进程间通讯

Fork后的半双工管道
从父进程到子进程的管道对于从子进程 到父进程的管道，父进程关闭fd[1]，子
命名管道(FIFO)
命名管道可以在所有进程间使用，克服了管道只能在亲缘进程通讯的限 制。 命名管道与一个路径名相关联，以文件的形式存在于文件系统中。只要 能访问该文件的进程就可以使用命名管道。 命名管道也是先进先出，虽然以文件形式实现但不支持seek等操作。 命名管道的数据并不是放在文件系统上。
Linux进程间通讯
目录

Linux IPC概述

信号（signal）
信号量（semaphore） 消息 队 列 命名管道 共享内存 套接字





Linux IPC概述
信号（signal）：亲缘进程和非亲缘进程都可以， 也可以进程自己给自 己递送信号。 信号量（semaphore）：主要是线程间和亲缘进程间的同步手段，不做 数据传输之用。 消息 队 列： 就是一个消息的链表。就是把消息看作一个记录，并且这 个记录具有特定的格式以及特定的优先级。管道：只允许亲缘进程间 的通讯。 命名管道（FIFO）：除了亲缘进程可以通讯外，非亲缘进程也可以通讯。 共享内存：多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的IPC方式。在 进程间传递数据时无须任何内存的拷贝 。 套接字：最通用的进程间通讯方式，它提供了一种让不同机器上进程间 通讯方式。
共享内存
共享内存是操作系统把同一块物理内存映射到不同进程的地址空间。 效率高，无须拷贝 。 多个进程可以自由读写共享内存，所以需要同步机制。 mmap 、shmget、shmat、shmdt、shmctl
void* mmap ( void * start , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset ) mmap在进程地址空间创建一个映射。它既可以把一个文件映射到内存，也可 以映射一块内存，实现进程间内存共享。 mmap函数从文件偏移为offset开始，长度length字节的内容映射到进程空间。 文件由fd表示 映射进程空间的起始地址由start说明，但仅仅是一个提示不是必须。通常为0， 让内核选择合适地址 内存隐射大小以page为单位，而不是实际要求的字节数 返回值为内存映射的起始地址。
共享内存
有内核维护共享内存，共享内存一旦建立，一直保留在 系统中。直到系统重启或者共享内存被移除。
#include <sys/ipc.h> #include <sys/shm.h> int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg); 当key为IPC_PRIVATE时，会新创建一个共享内存，msgflg也只有权限位 起作用 当key为其它值，key对应的消息队列不存在，以及msgflg中有 IPC_CREAT，也会创建新共享内存 用IPC_CREAT 和 IPC_EXCL来检测共享内存是否存在 msgflg的最低几为bits，用来表示消息队列的权限，跟open的mode一样。 内核中共享内存的属性有 shmid_ds来描述
int sigfillset(sigset_t * set); int sigaddset(sigset_t * set, int signum); int sigdelset(sigset_t * set, int signum); int sigismember(sigset_t * set, int signum);
信号量（semaphore）
信号量本质上是一个非负的整数计数器，它被用来控制对公共资源的访问。当公共资源 增加时，调用函数sem_post（）增加信号量。只有当信号量值大于０时，才能使用公共资 源，使用后，函数sem_wait（）减少信号量。函数sem_trywait（）和函数pthread_ mutex_trylock（）起同样的作用，它是函数sem_wait（）的非阻塞版本。它们都在头文 件/usr/include/semaphore.h中定义。 信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。函数sem_init（）用来 初始化一个信号量。它的原型为： extern int sem_init __P ((sem_t *__sem, int __pshared, unsigned int __value)); sem为指向信号量结构的一个指针；pshared不为０时此信号量在进程间共享，否则只 能为当前进程的所有线程共享；value给出了信号量的初始值。 函数sem_post( sem_t *sem )用来增加信号量的值。当有线程阻塞在这个信号量上时， 调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。 函数sem_wait( sem_t *sem )被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞 后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。 函数sem_trywait ( sem_t *sem )是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量 sem的值减一。 函数sem_destroy(sem_t *sem)用来释放信号量sem。
信号集(signal set)
信号集是一种特殊的数据类型，由于无法确定信号的多少，所以不能用 简单数据类型来包含所有可能的信号，所以系统就定义了一个sigset_t的数 据类型专门用于信号集。同时还定义了一族用于处理信号集的函数。这样用 户可以不必关心信号集的实现，只要使用这组函数来处理信号集就可以了。 信号集函数 int sigemptyset(sigset_t * set);
信号(signal)
信号(signal)是一种进程间通信机制，它给应用程序提供一种 异步的软件中断，使应用程序有机会接受其他程序活终端 发送的命令(即信号)。应用程序收到信号后，有三种处理 方式：忽略，默认，或捕捉。进程收到一个信号后，会检 查对该信号的处理机制。如果是SIG_IGN，就忽略该信号； 如果是SIG_DFT，则会采用系统默认的处理动作，通常是 终止进程或忽略该信号；如果给该信号指定了一个处理函 数(捕捉)，则会中断当前进程正在执行的任务，转而去执 行该信号的处理函数，返回后再继续执行被中断的任务。
简单signal函数
typedef void (*sighandler_t) (int) sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); 返回原信号处理函数，或SIG_ERR signal()是最简单的给进程安装信号处理器的函数，第 一个参 数指定信号，第二个参数为该信号指定一个处理 函数。 信号屏蔽字(process signal mask) 每个进程都会有一个信号屏蔽字，它规定了当前进程 要阻塞的信号集。对于每种可能的信号，信号屏蔽字中都 会有一位与之对应，如果该位被设置，该信号当前就是阻 塞的。进程可以通过sigprocmask()来获得和修改当前进 程的信号屏蔽字。
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)
第一个参数为路径名，第二个为创建类型。跟create函数的参数一样。 进程只要打开这个文件，就可以往这个文件读和写。 当多个进程往fifo里写时，linux只保证PIPE_BUF大小的字节数是原子的。 成功返回0，失败返回-1。
sigemptyset()和sigfillset()都用于初始化一个信号集，前者用于清空信 号集中所有的信号，后者则用于设置信号集中所有的信号；信号集在使用前 必须要经过初始化，初始化后，就可以用sigaddset()和sigdelset()往信号集 里添加删除信号了。sigismember()用于判断指定信号是否在信号集中。
管道
#include <unistd.h> int pipe(int pipefd[2]); pipe用来创建一个管道，这个管道用于父子进程间的通讯。pipefd[0]是管 道的读端，pipefd[1]是管道的写端。 由于管道是单向的，所有一个进程需要关闭写端或者读端。 写端不存在时，读端会收到文件结束符。读端不存在时，写端会收到 SIGPIPE信号。 成功返回0，失败返回-1. 缺点：只能用于亲缘进程间通讯。
prot描述了内存隐射的保护机制 PROT_EXEC 页面可以被执行 PROT_READ 页面可以读 PROT_WRITE 页面可以写 PROT_NONE 页面不能访问 flags说明内存隐射的类型 MAP_FIXED 隐射内存必须使用start指明的起始地址，地址必须以page对齐 MAP_SHARED 隐射内存在亲缘进程间共享（exec执行前），如果是隐射文件， 对内存的 修改就是对文件的修改，但需要msync和munmap之后才能确保写到文件。 MAP_PRIVATE 与MAP_SHARED相反。 MAP_LOCKED 把隐射内存固定在物理内存中（mlock） MAP_ANONYMOUS 隐射内存不对应任何文件，仅仅是内存在进程共享。
int munmap(void *start, size_t length); int msync(void *start, size_t length, int flags); munmap删除内存隐射，并且对修改的文件作写回操作。 msync把修改过的内容保存至硬盘上的文件。 flags说明了msync如何执行sync MS_SYNC 直到更新后函数才返回 MS_ASYNC 异步更新，直接返回 MS_INVALIDATE 隐射同一个文件的不同隐射内存之间同步 实例 ipc/mmap_file.c
管道
管道是半双工的，当需要双向通讯时，需要两个管道。 只能用于父子进程和兄弟进程等有亲缘关系的进程。 数据写入时，放在管道的结尾。 数据读取时，从管道的头开始读取。
f o r k之后做什么取决于我们想要有的数据流的方向。对于从父进程到子进程 的管道，父进程关闭管道的读端（f d [ 0 ]），子进程则关闭写端（f d [ 1 ]）
消息 队 列 的编程接口(AP
(1) m s gge t:调用者提供一个消息队列的键标(用于表示 一个消息队列的唯一名字)，当这个消息队列存在的时候， 这个消息调用负责返回这个队列的标识号;如果这个队列不 存在，就创建一个消息队列，然后返回这个消息队列的标识 号，主要由sys msgge收行。 (2) m s gsn d行。 (3) m s grc v:从一个消息队列中收到一个消息，主要由 sys-m sgrcv执行。 (4) m s gct l:在消息队列上执行指定的操作。根据参数的不 同和权限的不同，可以执行检索、删除等的操作，主要 由sys msgctl执行。
消息 队 列
消息 队 列 就是一个消息的链表。就是把消息看作一个记录， 并且这个记录具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队 列有写权限的进程可以按照一定的规则添加新消息;对消息队 列有读权限的进程则可以从消息队列中读出消息。 消息 队 列 是随内核持续的并和进程相关，只有在内核重起 或者显示删除一个消息队列时，该消息队列才会真正被侧除。 因此系统中记录消息队列的数据结构(struct ipc_idsmsg ids) 位于内核中，系统中的所有消息队列都可以在结构msg ids中 找到访问入口。
命名管道的使用
shell命令mkfifo可在文件系统中创建命名管道 命名管道fifo使用跟文件类似 open打开 ，read/write来读取数据 当以只读方式打开fifo时，阻塞open要等到有进程打开写fifo，反之也一样 fifo有容量上限 #include <stdio.h> FILE *popen(const char *command, const char *type); int pclose(FILE *stream); popen的作用相当于创建一个管道，然后再fork一个子进程，最后执行命令。 根据命令的不同这个管道是可读或者可写。 Command参数是一个shell命令 用popen打开的文件描述必须用pclose关闭 失败返回NULL