《APUE》读书笔记-第十五章进程间通信

进程间通信（IPC）是指能在两个进程间进行数据交换的机制。现代OS都对进程有保护机制，因此两个进程不能直接交换数据,必须通过一定机制来完成。
　　IPC的机制的作用：
　　（1）一个软件也能更容易跟第三方软件或内核进行配合的集成,或移植.如管道,在shell 下执行 ps –aux | grep bash。
　　（2）简化软件结构, 可以把一个软件划分多个进程或线程,通过IPC,集成在一起工作.如消息队列。
　　（3）让操作系统各个模块交换数据,包括内核与应用程序机制。
　　（4）提供进程之间或同一进程之间多线程的同步机制,如信号量。

1、管道

　　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。
　　管道的创建：int pipe(int fd[2]) ;
　　管道的读写：管道文件也是一种文件,用write,read 即可完成读写。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。 
　　管道的关闭：管道文件也是一种文件,因此用close关闭即可。

　　管道的局限：（1）只支持单向数据流； （2）只能用于具有亲缘关系的进程之间； （3）没有名字； （4）管道的缓冲区是有限的（管道制存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）； （5）管道所传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息（或命令、或记录）等等。

popen和pclose函数

　　常见的操作时创建一个管道连接到另外一个进程，然后读取其输出或向其输入端发送数据。popen和pcolse函数实现的操作是：创建一个管道，调用fork产生一个子进程，关闭管道的不使用端，执行一个shell以运行命令，然后等待命令终止。函数原型如下：

FILE *popen(const char *command, const char *type);
int pclose(FILE *stream);

函数popen先执行fork，然后调用exec执行cmdstring，并且返回一个标准I/O文件指针。如果type是“r”，则文件指针连接到cmdstring的标准输出，如果type是“w”，则文件指针连接到cmdstring的标准输入。popen特别适用于构造简单的过滤程序，它变换运行命令的输入或输出。

协同进程：当一个进程产生某个过滤程序的输入，同时又读取该过滤程序的输出。popen只提供链接到另一个进程的标准输入或标准输出的一个单向管道，对于协同进程，则连接到另一个进程的两个单向管道，一个接到标准输入，一个接标准输出。

2、FIFO

　　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。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。它们不支持诸如lseek()等文件定位操作。

命名管道的命名管道创建：int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode) 。
命名管道的打开：命名管道比管道多了一个打开操作：open ，在open时,用O_NONBLOCK 标志表示非阻塞模式,如fd=open(“/tmp/fifo”,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0)。
命名管道的读入：read 读取管道数据，读取分为阻塞和非阻塞模式,阻塞模式下,如果没有数据被入,进程会在read处停下来.直到有新数据被写入,或管道被关闭,才会继续。
命名管道的写入：write 写入管道数据，PIPE_BUF表示一次触发管道读操作最大长度.如果每次写入数据长于PIPE_BUF ,write将会多次触发read 操作。
命名管道的关闭：管道文件也是一种文件,因此用close关闭即可。

FIFO的两种用途：

（1）FIFO有shell命令使用以便将数据从一条管道线传送到另一条，为此无需创建中间临时文件。

（2）FIFO用于客户进程—服务器进程应用程序中，以在客户进程和服务器进程之间传递数据。

3、XSI IPC

　消息队列、信号量、共享存储区相似的特征如下：具有标识符和键，标识符是IPC对象的内部名，每个IPC对象都与一个键相关联，创建IPC结构需要指定一个键，键的数据类型为key_t。每个IPC都设置了权限结构。

　　优点及缺点：IPC结构是在系统范围内起作用，没有访问计数。在文件系统中没有名字，不使用文件描述符，不能对它们使用多路转接I/O函数。优点：可靠、流是受控的，面向记录、可以用非先进先出方式处理。

　　消息队列（Messge Queue）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列SystemV消息队列。它克服了前两种通信方式中信息量有限的缺点，具有写权限的进程可以按照一定的规则向消息队列中添加新消息；对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读取消息。

　　信号量（Semaphore）：主要作为进程之间以及同一进程的不同线程之间的同步和互斥手段。

　　共享内存（Shared memory）：可以说这是最有用的进程间通信方式。它使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据的更新。这种通信方式需要依靠某种同步机制，如互斥锁和信号量等。