多进程编程

多进程编程包括以下内容：

一、复制进程映像fork系统调用和替换进程映像的系统调用。

二、僵尸进程以及如何处理僵尸进程；

三、进程间的通信机制（inter-process Communication）,最简单的是管道；

四、3种systemV进程间的通信方式：信号量，消息队列，和共享内存；

（1）fork系统调用

1、创建新进程的系统调用是fork pid_t fork(void),该函数调用一次返回俩次，在父进程中返回的是子进程的PID，在子进程中返回的是0，所以可以根据返回值判断是父进程还是子进程；

2、fork函数是复制当前进程，在内核中创建一个新的进程表项，这个进程表项的一些属性和父进程相同，堆指针，栈指针以及局部变量，也有一些许多属性被赋予了新的值，比如说子进程的PPID变成原来进程的PID，原来进程的信。信号处理函数在子进程中失效；

3、子进程会复制父进程的代码，也会复制进程的数据，复制数据采用的是写时拷贝。

4、此外，在父进程中打开的文件描述符在默认子进程也是打开的，这些文件描述符的引用计数加1。

（2）僵尸进程

有2种使子进程变成僵尸进程情况：1、在子进程退出之后，父进程读取他的退出状态之前，我们称子进程为僵尸进程；2、在子进程还未退出，父进程结束，或者异常终止，这样的子进程是僵尸进程；

有俩个函数：pid_t  wait(int *stat_loc); pid_t  waitpid(pid_t  pid,int *stat_loc,int options),这俩个函数在父进程中调用，用来等待子进程的结束，并获取子进程返回信息。

1、pid_t   wait(int * stat_loc) 是一个阻塞函数，只有该进程的某一个子进程结束的时候才返回，返回结束子进程的PID，并且把该子进程的退出状态返回给stat_loc参数指向内存中，

2、waitpid()，是一个非阻塞函数，他可以等待指定PID的子进程的退出，如果此时PID是-1，那么它就和wait函数一样等待任意一个子进程的结束，之所以说他是一个非阻塞的函数，是因为有一个参数options参数，如果该参数指定为WNOHANG，在子进程未结束或者异常终止的时候，他立即返回0，但是如果子进程确实正常退出，他就返回子进程的PID，

我们知道为了提高程序的效率，我们希望的是在事情已经发生的情况下调用非阻塞函数，所以我们最好在子进程退出之后调用waitpid,那么我们如何判断一个子进程/退出了呢？SIGCHLD，在子进程结束时候，他给父进程发送一个SIGCHLD信号，我们可以在父进程中捕获此信号，然后在对子进程处理，彻底结束子进程。

（2）PIPE(管道）

管道能在父，子进程间传递数据，利用的是fork调用之后俩个管道文件描述符（fd[1] ,fd[0]）都保持打开，一对这样的文件描述符只能保障父子进程间一个方向的数据传输，父 ，子进程必须有一个关闭fd[0],另一个关闭fd[1].显然要实现父子进程之间的双向数据传输，就必须使用俩个管道，否则只能实现单项数据的传输。socketpair创建的管道，是双向的管道，数据既可在fd[0]读,也可以在fd[1]读，但是pipe只能在fd[0]读，fd[1]写，socketpair创建的管道，fd[1]也可以被用读，fd[0]也可以写。

#include<sys/types.h> #include<sys/socket.h>#include<unistd.h>#include<iostream>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>using namespace std;int main(){    int ret;    pid_t pid;    int fd[2];    char buf[256];//    ret = socketpair(AF_UNIX,SOCK_STREAM,0,fd); //socketpair俩边都可以    pipe(fd);    pid =fork();    if(pid == 0)    {       // close(fd[0]);       //read(fd[1],buf,256);//这样无法读出数据       char *str="hello world";       close(fd[0]);        write(fd[1],str,strlen(str));//这样才可以；        printf("chid:%s\n",buf);    }    else if(pid > 0)    {    // char *str="hello word";    // close(fd[1]);    // write(fd[0],str,strlen(str));    char buf[256]={0};    close(fd[1]);    read(fd[0],buf,256);    printf("%s\n",buf);    }}

管道缓存区一有空闲区域，写进程就会试图向管道写入数据，如果读进程不读走管道缓存区的数据，那么写一直被阻塞等待，在写管道时，如果要求写的字节数小于等于PIPE_BUF，则多个进程对同一个管道的写操作不会较错进行。

(3)信号量

1、信号量可以确保在任意时刻关键代码段（临界区）只有一个进程在访问。

2、信号量可以取自然数值，并且只支持俩种操作（等待，信号）也就是（p，v）操作。他有一组函数分别是senget,semopt,semctl

3、原子操作：不会被线程调度机制打断的操作，这种操作一旦开始执行，就一直运行到结束，中间不会切换到任何线程。

4、为什么不适用一个普通的变量来模拟二进制信号量，因为所有的高级语言都没有一个原子操作可以同时完成来个不走：检查变量是否为true/false,如果是在将他更改为false/true;

5、semget用来获取一个信号量集，或者获取一个已经存在的信号量集；semopt对信号量的操作实际是修改这些内核变量的修改。有一些重要的内核变量（unsigned short semval,unsigned short semzcnt ,unsigned short semncnt,pid_t  semid）;semop(int sem_id,struct sembuf* sem_ops,size_t num_sem_ops);struct sembuf{unsigned short int sem_num;short int sem_op;short int sem_falg};

sem_op 和sem_flag按照如下方式来影响semop:当

（1）sem_op > 0,semop将被操作的信号的值sem_value增加semop.如果设置了SEM_UNDO，则系统更新semadj变量（会跟踪进程对信号量的修改）当进程退出时取消正在进行的semop的操作；

（2）当sem_op=0;如果semvalue是0，则调用成功立即返回。如果信号量的值不为0，如果说设置了sem_falg = IPC_NOWAIT,则sem_op立即返回并设置error.如果未指定标志位，则semop被投入睡眠，直到有以下三件事发生：第一，信号量的值semvalue变为0；第二，被操作的信号量所在的信号量集被进程移除，调用被信号中断。

（3）sem_op < 0,进行的是P操作，如果当前的信号量的绝对值大于等于sem_op,那么调用进程获得该信号量。如果信号量的值小于sem_op的值，调用进程将会被挂起，直到信号量的值大于等于了sem_op的值。

（4）消息队列

消息队列可以在俩个进程之间进行数据的传送，但是他不像管道那样，只能先进先被接收端收，它的数据被 打包为一组结构体msgbuf;

struct msgbuf

{

long mytype;

char mtext[512];

};

根据mytype确定接受哪先数据：
当mstype>0时，接收端接受消息队列中的第一个mutype的消息；

当mstype=0时，接收端接受消息队列中第一个消息。

当mstype<0时，读取消息队列中第一个比mstype绝对值小的那个消息。

（5）共享内存

共享内存是最高效的IPC机制，但是为了在任何时刻保证只有一个进程访问该数据，所以一般讲共享内存和信号量一起使用。