进程间通信（IPC）

1.什么是进程间通信

　　通俗来讲，进程间通信就是：多个进程之间的数据交互

　　进程都有自己独立的虚拟地址空间，导致进程之间的数据交互变得十分困难，通信复杂了，但是安全性提高了；

　　进程间通信的本质：多个进程之间是否可以访问同一块内存/缓冲区

　　命令：ipcs：显示IPC信息   ipcrm：手动删除IPC资源

2.进程间通信的目的

　　数据传输：一个进程在某些情况下需要将自己的数据发送给另一个进程

　　资源共享：多个进程之间共享同样的资源

　　通知事件：一个进程可能向其他进程或进程组发送消息，表示发生了某个事件（如进程终止时会向父进程发送SIGCHILD信号）

　　进程控制：有些进程，例如DUBUG进程，希望完全控制另一个进程的执行，及时知道进程的状态改变

3.进程间通信的方式

　　1）管道：内核中的一块缓冲区，用于传输数据资源

　　　　匿名管道：内核开辟这段缓冲区的时候没有任何标记，操作系统只返回了该缓冲区的文件描述符供进程使用，对于其他进程，不知道这个文件描述，因此无法发问到这个缓冲区，

　　但是对于fork出来的子进程，由于子进程复制了父进程的程序地址空间，因此也复制了该缓冲区的文件描述符，也就意味着子进程可以和父进程进行数据传输，进行通信；

　　　　匿名管道的特点：只能用于具有亲缘关系的进程间通信、单向通信（半双工）、面向字节流

　　　　int pipe(int fd[2]);　　　　//用于创建匿名管道

　　　　参数：fd是文件描述符数组，其中放到fd[0]表示读端，fd[1]表示写端

　　　　　　因为管道是单向通信，所以操作系统无法决定到底是读还是写，所以返回两个文件描述符，一个用于读，一个用于写，这样一来，进程对管道是读还是写将由用户决定

　　　　选择读则关闭写，选择写则关闭读

　　　　命名管道：一类特殊的文件，可以用于同一机器上的所有进程之间的通信，拥有匿名管道的所有特性，但是命名管道需要用户自己打开文件；

　　　　　　创建命名管道：

　　　　　　　　命令行创建：mkfifo [filename]

　　　　　　　　int mkfifo(const char* filename, mode_t mode)

　　　　　　　　第一个参数：管道文件名称，第二个参数文件访问权限

　　　　　　命名管道和匿名管道的区别：打开方式不同，命名管道需要自己调用open打开，但匿名管道在调用pipe后，自动打开；

　　　　　　命名管道的打开规则：

　　　　　　　　当以读的方式打开命名管道时，阻塞知道有进程以写的方式打开文件；同样的如果以写的方式打开命名管道，则会阻塞知道有进程以写的方式打开

　　2）消息队列

　　　　操作系统内核中的队列，传输的是数据块，这个数据块是有类型的

　　　　操作系统为消息队列维护了一个结构体，这个结构体中有两个指针，msg_first与msg_last，分别指向消息队列的首部和尾部

　　　　消息队列函数：

　　　　　　int msgget(key_t key, int msgflg);

　　　　　　功能：用来创建和访问一个消息队列

　　　　　　参数：第一个参数，某个消息队列的名字，第二个参数，权限，类似于文件的权限

　　　　　　返回值：成功返回消息队列的标识码（非负整数），失败返回-1；

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

　　　　　　参数：第一个参数：由msgget函数返回的消息队列标识码，cmd:将要采取的动作（IPC_STAT, IPC_SET，IPC_RMID）

　　　　　　返回值：成功返回0，失败返回-1

　　　　　　msgsnd:此函数的作用，将一条消息添加到消息队列中

　　　　　　msgrcv：此函数表示将要从一个消息队列中接收消息

　　3）共享内存

　　　　进程间通信最快的一种方式，共享内存是在物理内存中开辟一段空间，映射到自己的虚拟地址空间，如果多个进程都进行了映射，则这些进程可以通过共享内存进行通信

　　实现数据共享

　　　　因为共享内存是直接对映射到虚拟地址的物理地址进行操作，少了两步由用户空间到内核空间，再由内核空间到用户空间数据的拷贝过程，因此是最快的；

　　　　共享内存的函数：

　　　　　　shmget：用来创建共享内存

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

　　　　　　　　参数：key：共享内存段的名字，size：共享内存的大小，shmflg：权限

　　　　　　shmat：将共享内存段连接到进程地址空间

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

　　　　　　　　参数：shmid：共享内存标识 shmaddr：指定连接地址，通常置为NULL，shmflg：SHM_RND SHM_RDONLY（只读）

　　　　　　　　返回值：成功返回指向共享内存的指针，指向共享内存的第一个字节；失败返回-1

　　　　　　shmdt：解除映射关系，将共享内存与当前进程脱离

　　　　　　　　int shmdt(const void* shmaddr);

　　　　　　　　参数：由shmat返回的指针

　　　　　　shmctl：用于控制共享内存

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

　　　　　　　　参数：shmid为由shmget返回的共享内存表示码；cmd为将要采取的动作；buf：指向一个保存着共享内存模式状态和访问权限的数据结构

　　　　共享内存的操作步骤：

　　　　　　1.创建共享内存

　　　　　　2.将内存空间映射到虚拟地址空间

　　　　　　3.通过虚拟地址对内存进行操作

　　　　　　4.接触虚拟地址空间中的映射关系

　　　　　　5.删除共享内存

　　　　　　6.查看共享内存：ipcs -m

　　　　　　7.删除共享内存：ipcrm -mid

　　　　　　8.共享内存的使命周期随内核

　　4）信号量

　　　　信号量=计数器+等待队列

　　　　信号量这个计数器实际就说明现在是否可以访问资源，及表明当前有多少资源，信号量<0，表明需要等待，当有资源时唤醒等待，再进行操作

　　　　信号量的PV原语

　　　　　　互斥：P、V在同一进程中

　　　　　　同步：P、V在不同进程中