Linux服务器编程——Linux系统编程之进程通信

进程通信又称IPC

IPC方法

方法：管道（最简单）

            信号（开销最小）

            共享映射区/共享内存（无血缘关系）

            本地套接字（最稳定）

Linux文件类型： -   文件

                               d  目录 

                                l   符号链接    

                                s   套接字        伪文件

                                b    块设备       伪文件 

                                c字符设备       伪文件

                                p管道               伪文件

管道

其本质是：

                    1、伪文件，实质为内核缓冲区

                    2、由两个文件描述符表示，一个表示读端，一个表示写端

                    3、数据从读端流入，从写端流出

管道原理：内核使用环形队列机制，借助内和缓冲区实现

管道局限性：1、数据自己读不能自己写

                         2、数据一旦被读走，便在管道中不存在，不可反复读取

                         3、由于管道采用半双工通信方式，数据只能在一个方向上流动

                          4、只有公共祖先的进程间才能使用管道

匿名管道

适用于：只有公共祖先的进程

pipe函数作用：创建管道头文件函数模型#include <unistd.h>int pipe(int pipefd[2])pipefd[2]:传出参数读端、写端由自己决定返回值：0   成功        非0   错误代码管道读写规则：读管道：当管道中有数据，read返回实际读到的字节数        当管道中没有数据，若写端全关闭，read函数返回0                          若任有写端打开，阻塞等待写管道：当读端全关闭时，进程异常终止（SIGPIPE信号）        有读端打开，若管道未满，写数据，返回写入字节数                    若管道已满，阻塞（少见）获取管道缓冲区大小：命令 ulimit -afpathconf函数作用：获取管道缓冲区大小头文件#include <unistd.h>函数原型long int fpathconf(int fd,int parameter)paramter:__PC_PIPE_BUF#define _GNU_SOURCE#include <fcntl.h>#include <unistd.h>int pipe2(int pipefd[2], int flags)优点：实现手段简单缺点：单向通信，只有血缘关系进程间使用 

有名管道

命名管道是一种特殊类型的文件。

命名管道和匿名管道区别：

         管道应用的一个限制就是只能在具有亲缘关系的进程间通信，命名管道可以再不相关的进程间交换数据。

mkfifo函数作用：创建一个FIFO文件头文件#include <unistd.h>函数原型int mkfifo(const char *filename, mode_t mode)mode:权限返回值：成功  0        -1  失败可多读端，多写端

共享内存

命名映射区

mmap函数作用：头文件：#include <sys/man.h>函数原型void* mmap(void *addr, int length , int port , int flag, int fd, off_t offset)参数：     addr：建立的映射区的首地址，由Linux内核指定,直接传NULL     length：创建映射区的大小     port：映射区的权限           PORT_READ           PROT_WRITE           PROT_READ| PROT_WRITE     flags:标志为参数（常用于设定更新物理区域，设置共享，创建匿名映射区）           MAP_SHARED：会将内存所做的修改反映到硬盘           MAP_PRIVATE     fd:文件描述符     offset：映射文件的便宜为4K倍数返回值：成功   返回映射区首地址        失败   MAP_FAILD  宏munmap函数头文件#include <sys/mman.h>函数原型int munmap(void* addr, size_t length)使用注意事项：1、创建映射区过程中，隐含一次对文件的读操作2、当MAP_SHARED，要求映射区的权限<= 文件打开权限。而MAP_PRIVATE则无所谓，因为mmap中的权限是对内存的限制3、映射区的释放与文件关闭无关，只要映射建立成功，文件可以立即关闭。4、当映射文件大小为0时，不能创建映射区。5、munmap传入的地址一定是mmap的返回地址。坚决抵制自增操作6、文件偏移量必须是4096的倍数7、mmap创建映射区出错率非常高，一定要检查返回值，确保映射区建立成功后在操作

匿名映射区

    映射区的缺陷是，每次都创建映射区时一定要依赖一个文件才能实现，通常要open，unlink，close等比较麻烦，因此可以利用匿名映射来代替。int *p = mmap(NULL, 4, PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED|MAP_ANONYMOUS,-1,0)

mmap无血缘关系进程间通信

信号

基本的属性

     1、简单

     2、不能携带大量信息

     3、满足某个特定条件才发送

与信号相关的事件和状态

产生信号：

    按键产生

    系统调用   kill    raise   abort

    软件条件    定时器  alarm

    命令条件   kill命令

递答：递送且到达

未决：产生和递答之间状态

信号处理方式：

1、执行默认动作

2、忽略（丢弃）

3、捕捉（由用户处理函数）

信号4要素

     1、编号      2、名称      3、时间        4、默认处理动作

查看man 7 signal可以查看帮助

产生信号函数

kill函数/命令kill命令：kill -SIGKILL  pid头文件#include <sys/types.h>#include <unistd.h>函数原型int kill(pid_t pid, int sig) 参数：pid:>0   发送信号给指定进程    =0   发送信号给 调用kill函数进程属于同一进程组的所有进程    <0   取pid的绝对值发给对应进程    =-1  发给进程 有权限发送的系统中所有进程raise函数作用：给当前进程发送信号头文件#include <sys/types.h>#include <unistd.h>函数模型int raise（int sig）abort函数作用：给当前进程发送  异常终止信号   SIGABRT头文件
#include <sys/types.h>#include <unistd.h>

函数原型
int abort（void）
软件条件产生信号
alarm函数每个进程有且只有唯一一个定时器头文件：#include <unistd.h>函数原型unsigned int alarm(unsigned int seconds)返回值：返回0或剩余的秒数，通常alarm（0）返回闹钟剩余秒数,无失败,支持秒级，与进程状态无关setitimer函数作用：设置定时器，精度us级头文件#include <unistd.h>函数原型int getitimer(int which, struct itimerval *curr_value)int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value)参数：which：制定定时方式      自然定时                           ITIMER_REAL     SIGALRM        计算自然时间      虚拟空间计时（用户空间）           ITIMER_VIRTUAL  SIGVTALRM      只计算进程占用CPU时间      运行时间计时（用户+内核）           ITIMER_PROF       ITIMER_PROF   计算占用CPU及执行系统调用的时间struct itimerval{    struct timeval it_interval;   //下一次定时  ，，两次任务间隔    struct timeval it_value;     //当前定时值，用来定时时长};struct timeval{    time_t tv_sec;   //秒数    suseconds_t tv_usec;   //微秒数};

信号集操作函数
信号集设定
sigset_t set；    //无符号长整形    typedef unsigned long sigset_tint sigemptyset(sigset_t *set);    将某个信号请0int sigfillset(sigset_t *set)      将某个信号集置1int sigaddset(sigset* set, int signum)   将某个信号加入信号集int sigdelset(sigset* set, int signum)   将某个信号清除信号集int sigismember(const sigset_t* set, int signum)     判断某个信号在信号集中sigprocmask函数作用：屏蔽信号，解除信号，本质读取或修改进程的信号屏蔽字，严格注意：屏蔽信号：只是将信号处理延后执行，而忽略表示将信号丢弃头文件函数原型int sigprocmask(int how, const sigset_t * set, sigset_t *oldset)参数;set 传入参数，位图，1表示屏蔽     oldset  传出参数     用来保存旧的信号屏蔽集     how：假设当前信号屏蔽字mask          SIG_BLOCK，set表示需要屏蔽的信号          SIG_BLOCK，set表示需要解除的屏蔽信号          SIG_SETMASK，代替原始屏蔽的新的屏蔽sigpending函数作用：读取当前进程的未决信号集函数原型int sigpending(sigset_t *set)参数：set   传出参数
信号捕捉
signal函数头文件#include <signal.h>函数原型typedef void (*sighandler_t)(int)sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)返回值：SIG_ERR    错误sigaction函数头文件#include <signal.h>函数原型int sigaction(int signum, const struct sigaction * act, struct sigaction *oldact)作用：修改信号处理动作参数struct sigaction{    void (*sa_handler)(int)  //函数名    void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *)  //当sg_flags被指定为SA_SIGINFO时，使用该型号处理程序（很少使用）    sigset_t sa_mask  //用于 处理函数在被调用时屏蔽生效    int sa_flags    //0表示默认属性    void (*sa_restorer)(void)  //废弃，已不用};
信号捕捉特性
1、阻塞的信号不支持排队，产生多次，只记录一次。

竞态条件
pause函数作用：调用该函数可以使进程主动挂起，等待信号唤醒头文件#include <unistd.h>函数原型int pause(void)返回值：1、如果信号的默认处理动作是终止进程，则进程终止，pause函数没有机会返回2、如果信号的默认处理是忽略，进程继续挂起，pause函数不返回3、如果信号的处理动作是捕捉，则调用完信号处理函数之后，pause函数返回-14、pause收到的信号不能被屏蔽，如果被屏蔽就不能唤醒
信号传参
发送信号传参
sigqueue函数对应kill函数，但可想指定进程发送信号的同时携带参数。
sigqueue函数头文件函数原型int sigqueue(pid_t pid, int sig, cinst union sigval value);union sigval{    int sigval_int;    void *sival_ptr;};
捕捉函数传参
sigaction函数见信号捕捉函数当注册信号捕捉函数，不适用sa_handler  而使用 sa_sigaction.

进程组
进程组操作函数
getpgrp函数获得当前进程组ID pid_t getpgrp(void)getpgid函数获取指定进程的进程组IDpid_t getpgid（pid_t pid）setpgid函数改变进程默认的所属进程组，通常加入一个现有进程组或创建型进程组int setpgid（pid_t pid， pid_t pgid）
会话
创建会话
创建会话有6点：
1、调用进程不能是进程组租场，新进程变为会长
2、该进程变为新进程组组长
3、需要root权限（Ubuntu不需要）
4、新会话丢弃原有控制终端，该回话没有控制终端
5、该调用进程是组长进程
6、建立会话时，先调用fork，父进程种子，子进程调用setpgid
getsid函数获得进程的会话IDpid_t getsid(pid_t pid)srtsid函数int setsid()

守护进程
守护进程/精灵进程：Linux后台服务进程，无终端，周期性执行某种任务或等待处理某些发生的条件。
创建守护进程，最关键的是调用setsid函数创建一个新的session，并且成为session leader
创建守护者模型
1、创建子进程，父进程退出，所有工作都脱离了控制终端
2、在子进程中创建新的会话
     setsid函数
3、改变当前目录为根目录   chdir函数
防止占用可卸载的文件系统，也可以换成其他路径
4、重设文件权限掩码
umask函数
防止继承的文件创建屏蔽字拒绝某些权限，增加灵活性
5、关闭文件描述符
继承的打开文件不会用到，浪费资源，不关闭 0,1,2   而是重定向  >  /dev/null                      dup2()
6、开始执行守护进程核心
7、守护进程退出处理