UNIX标准C - 进程之间的通信

一、基本概念

进程间通信IPC：进程之间交换数据的过程叫进程间通信

进程间同性的方式：

简单的进程间的通信：

命令行：父进程通过exec函数创建子进程是可以附加一些数据

环境变量表：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，进行简单通信

文件：一个进程向文件中写入数据，另一个进程从文件读3出来

命令行、环境变量只能单向传递，信号太过于简单，文件不能实时。

传统的进程之间通信方式：管道

二、管道

1.管道是一种古老的通信方式（基本上不再使用）

2.早期的管道是一种半双工，现在基本上是全双工的

3.有名管道（这种管道是文件方式存在的）

创建管道文件：

命令：mkfifo

函数：int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

管道通信的编程模式：

进程a                        进程b

创建管道mkfifo

打开管道文件open               打开管道open

写/读数据read/write           读/写数据read/write

关闭管道                      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。但这种管道只能使用于fork()创建的父子进程之间。

int pipe（int pipefd[2]）

pipefd[0] 用来读数据

pipefd[1] 用来写数据

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

三、XSI IPC进程间通信

1.XSI通信是靠内核的IPC对象进程通信

2.每一个IPC对象都有一个IPC标示（类似文件描述符），它是一个非负整数。

3.IPC对象必须要先创建，创建完才能进行获取、设置、操作、删除。

4.创建IPC对象必须要提供一个健值（key_t），健值是创建、获取IPC对象的依据。

5.产生健值的方式：

固定的字面符：1980014

使用函数计算：健值 = ftok(项目路径，项目id)   ftok(const char *pathname,int proj_id);

使用宏让操作系统随机分配：IPC_PRIVTE

必须把获取到IPC对象标示符记录下来，告诉其他进程

6.XSI可以创建的IPC对象：共享内存、消息队列、信号量

四、共享内存

1、由内核维护一块共享的内存区域，其他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

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。需要与其他的通信配合，最合适的就是信号。

共享内存的编程模式：

1.进程之间要约定一个健值

进程A                                   进程B

创建共享内存

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

int shmget（key_t  key,size_t  size,int shmflg）

功能：创建共享内存

size:共享大小  尽量是4096的倍数

shmflg：IPC_CREAT|IPC_EXCL

返回值：IPC对象标志符

void *shmat(int shmid,const void * shmaddr,int shmflg)

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

shmflg：

SHM_RDONLY：限制内存的权限为只读

SHM_REMAP：映射已经存的共享

SHM_RND:当shmaddr为空时自动分配

SHMLBA:shmaddr的值不能为空

返回值：映射后的虚拟地址

int shmdt（const void* shmaddr）；

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)

int shmctl（int shmid，int cmd，struct shmid_ds* buf）

功能：控制/销毁共享内存

cmd：

IPC_STAT:获取共享内粗的属性

IPC_SET:设置共享内存的属性

IPC_RMID:删除共享内存

IPC_INFO:获取贡献内存的信息

共享内存是进程见通信最快的一种，因此数据没有复制过程，但是无法得知进程之间的数据写入和读取，需要其他的通信方式的配额

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对象标示符获取的数据链表。

int msgget(key_t key, int msgflg);

功能：创建或获取消息队列

msgflg：

创建：IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777

获取：0

返回：IPC对象标志符

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

功能：向消息队列发送消息

msqid：msgget的返回值

msgp：消息（消息类型加消息内容）的首地址

msgsz:消息内容的长度

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

功能：从消息队列接受消息

msgp：存储消息的缓冲区

msgsz：要接受的消息长度

msgtyp:消息的类型，包含在消息的前4个字节。

msgflg：

MSG_NOERROR:当消息的实际长度比msgsz还要长的话，

则按照msgsz长度截取再发送。否则产生错误。

MSG_NOWAIT：如果要接的消息不存在，直接返回

否则阻塞等待。

MSG_EXCEPT:从消息队列中接受第一个不

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)；

功能：控制/销毁消息队列

cmd：

IPC_STAT:获取消息队列的属性

IPC_SET:设置消息队列的属性

IPC_RMID:删除消息队列

六、IPC相关命令：

ipcs -m  察看共享内存

ipcrm -m id 删除共享内存

ipcs -q  察看消息队列

ipcrm -q  id  删除消息队列

7、信号量

信号量（信号灯），可以当作进程与进程之间共享的全局变量。一般用来为共享的资源计数。

信号量的使用方式：

1.进程A，创建信号量，并设置初始化（设置资源的数）

2.进程B，获取信号量，查询信号量（查询剩余资源的数量）。减少信号量（使用资源），增加信号量（资源使用完毕归还）

3.当一个进程尝试减少信号量时，如果不能减（资源使用完毕），则进程可以进入等待状态。

当信号量能够被减时，（其他进程把资源还回来了），进程会被唤醒。

函数

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

功能：创建信号量或获取信号量

nsems：信号量的数量

semflg：

IPC_CREAT|IPC_EXCL|0644

返回值：IPC对象标志符

int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);

功能：对信号量增加或减少

struct sembuf

{

unsigned short sem_num; 信号的编号

short  sem_op;  对信号的处理

short  sem_flg;

如果信号量当前是0，函数立即返回。

IPC_NOWAIT:会阻塞

}

int semctl(int semid,int semnum,int cmd,...);

功能：对信号量控制或释放

semnum：信号量的编号

cmd：

IPC_SET     设置信号量的属性

IPC_STAT    获取信号量的属性

IPC_RMID    删除信号量

IPC_INFO    获取信号量的信息