进程间通信

一、为什么进程间需要通信？

1、数据传输

一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。

2、资源共享

多个进程之间共享同样的资源。

3、通知事件

一个进程需要向另一个或一组进程发送消息，通知它们发生了某种事件。

4、进程控制

有些进程希望完全控制另一个进程的执行（如Debug进程），此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有操作，并能够及时知道它的状态改变。

Linux进程间通信（IPC）由以下几部分发展而来：

1、UNIX进程间通信

2、基于System V进程间通信

3、POSIX进程间通信

现在Linux使用的进程间通信方式包括：

1、管道（pipe）和有名管道（FIFO）

2、信号（signal）

3、消息队列

4、共享内存

5、信号量

6、套接字（socket）

什么是管道？

管道是单向的、先进先出的，它把一个进程的输出和另一个进程的输入连接在一起。一个进程（写进程）在管道的尾部写入数据，另一个进程（读进程）从管道的头部读出数据。数据被一个进程读出后，将被从管道中删除，其它读进程将不能再读到这些数据。

管道创建

管道包括无名管道和有名管道两种，前者用于父进程和子进程间的通信，后者可用于运行于同一系统中的任意两个进程间的通信。

无名管道由pipe（）函数创建：

int pipe(int filedis[2])；

当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：filedis[0] 用于读管道， filedis[1] 用于写管道。

命名管道（FIFO）命名管道和无名管道基本相同，但也有不同点：无名管道只能由父子进程使用；但是通过命名管道，不相关的进程也能交换数据。

#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>

int mkfifo(const char * pathname, mode_t mode)

pathname：FIFO文件名

mode：属性（见文件操作章节）

一旦创建了一个FIFO，就可用open打开它，一般的文件访问函数（close、read、write等）都可用于FIFO。

当打开FIFO时，非阻塞标志（O_NONBLOCK）将对以后的读写产生如下影响：

1、没有使用O_NONBLOCK：访问要求无法满足时进程将阻塞。如试图读取空的FIFO，将导致进程阻塞。

2、使用O_NONBLOCK：访问要求无法满足时不阻塞，立刻出错返回，errno是ENXIO。

信号通信

信号(signal)机制是Unix系统中最为古老的进程间通信机制，很多条件可以产生一个信号：

1、当用户按某些按键时，产生信号。

2、硬件异常产生信号：除数为0、无效的存储访问等等。这些情况通常由硬件检测到，将其通知内核，然后内核产生适当的信号通知进程，例

如，内核对正访问一个无效存储区的进程产生一个SIGSEGV信号。

3、进程用kill函数将信号发送给另一个进程。

4、用户可用kill命令将信号发送给其他进程。

信号处理

当某信号出现时，将按照下列三种方式中的一种进行处理：

1、忽略此信号

大多数信号都按照这种方式进行处理，但有两种信号却决不能被忽略。它们是：SIGKILL和SIGSTOP。这两种信号不能被忽略的原因是：它们向超级用户提供了一种终止或停止进程的方法。

2、执行用户希望的动作

通知内核在某种信号发生时，调用一个用户函数。在用户函数中，执行用户希望的处理。

3、执行系统默认动作

对大多数信号的系统默认动作是终止该进程。

信号发送

发送信号的主要函数有kill和raise。区别：

Kill既可以向自身发送信号，也可以向其他进程发送信号。与kill函数不同的是，raise函数是向进程自身发送信号。

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int signo)

int raise(int signo)

kill的pid参数有四种不同的情况：

1、pid>0

将信号发送给进程ID为pid的进程。

2、pid == 0

将信号发送给同组的进程。

3、pid < 0

将信号发送给其进程组ID等于pid绝对值的进程。

4、pid ==－1

将信号发送给所有进程。

Alarm

使用alarm函数可以设置一个时间值(闹钟时间)，当所设置的时间到了时，产生SIGALRM信号。如果不捕捉此信号，则默认动作是终止该进

程。

#include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds)

seconds：

经过了指定的seconds秒后会产生信号SIGALRM。每个进程只能有一个闹钟时间。如果在调用alarm时，以前已为该进程设置过闹钟时间，而且它还没有超时，以前登记的闹钟时间则被新值代换。如果有以前登记的尚未超过的闹钟时间，而这次seconds值是0，则表示取消以前的闹钟。

Pause

pause函数使调用进程挂起直至捕捉到一个信号。

#include <unistd.h>

int pause(void)

只有执行了一个信号处理函数后，挂起才结束。

signal

#include <signal.h>

void (*signal (int signo, void (*func)(int)))(int)

如何理解？

typedef void (*sighandler_t)(int)

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler))

Func可能的值是：

1、SIG_IGN：忽略此信号

2、SIG_DFL: 按系统默认方式处理

3、信号处理函数名：使用该函数处理

共享内存

共享内存是被多个进程共享的一部分物理内存。共享内存是进程间共享数据的一种最快的方法，一个进程向共享内存区域写入了数据，共享这个内存区域的所有进程就可以立刻看到其中的内容。

共享内存实现分为两个步骤:

一、创建共享内存，使用shmget函数。

二、映射共享内存，将这段创建的共享内存映射到具体的进程空间去，使用shmat函数。

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

key标识共享内存的键值: 0/IPC_PRIVATE。当key的取值为IPC_PRIVATE，则函数shmget()将创建一块新的共享内存；如果key的取值为0，而参数shmflg中又设置IPC_PRIVATE这个标志，则同样会创建一块新的共享内存。

返回值：如果成功，返回共享内存标识符；如果失败，返回-1。

int shmat ( int shmid, char *shmaddr, int flag)

参数：

shmid：shmget函数返回的共享存储标识符

flag：决定以什么方式来确定映射的地址（通常为0）

返回值：

如果成功，则返回共享内存映射到进程中的地址；如果失败，则返回- 1。

当一个进程不再需要共享内存时，需要把它从进程地址空间中脱离。

int shmdt ( char *shmaddr )

消息队列

unix早期通信机制之一的信号能够传送的信息量有限，管道则只能传送无格式的字节流，这无疑会给应用程序开发带来不便。消息队列（也叫做报文队列）则克服了这些缺点。

消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录，具有特定的格式。进程可以向中按照一定的规则添加新消息；另一些进程则可以从消息队列中读走消息。

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

key_t ftok (char*pathname, char proj)

功能：

返回文件名对应的键值。

pathname:文件名

proj:项目名（不为0即可）

打开/创建

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg)

key：键值，由ftok获得。

msgflg：标志位。

返回值：与健值key相对应的消息队列描述字。

在以下两种情况下，将创建一个新的消息队列：

如果没有与健值key相对应的消息队列，并且msgflg中包含了IPC_CREAT标志位。

key参数为IPC_PRIVATE。

<p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 10px; padding-top: 0px; padding-bottom: 0px;"></p><div><span style="background-color: rgb(255, 255, 255);"><span class="kwd" style="color: rgb(0, 0, 136);">int</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);"> open_queue</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">(</span><span class="typ" style="color: rgb(102, 0, 102);">key_t</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);"> keyval</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">)</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">{</span></span></div><div><span style="background-color: rgb(255, 255, 255);"><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">   intqid</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">;</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">   </span><span class="kwd" style="color: rgb(0, 0, 136);">if</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">((</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">qid</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">=</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">msgget</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">(</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">keyval</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">,</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">IPC_CREAT</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">))==-</span><span class="lit" style="color: rgb(0, 102, 102);">1</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">)</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">   </span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">{</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">     </span><span class="kwd" style="color: rgb(0, 0, 136);">return</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">(-</span><span class="lit" style="color: rgb(0, 102, 102);">1</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">);</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">   </span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">}</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">     </span><span class="kwd" style="color: rgb(0, 0, 136);">return</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">(</span><span class="pln" style="color: rgb(0, 0, 0);">qid</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">);</span><span class="pun" style="color: rgb(102, 102, 0);">}</span></span></div><div></div><p style="margin-top: 0px; margin-bottom: 10px; padding-top: 0px; padding-bottom: 0px;"></p>

发送消息

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgsnd(int msqid,struct msgbuf*msgp,int msgsz,int msgflg)

功能：向消息队列中发送一条消息。

msqid：已打开的消息队列id

msgp：存放消息的结构

msgsz：消息数据长度

msgflg：发送标志，有意义的msgflg标志为IPC_NOWAIT，指明在消息队列没有足够空间容纳要发送的消息时，msgsnd是否等待。

消息格式：

struct msgbuf

{

long mtype; /* 消息类型> 0 */

char mtext[1]; /* 消息数据的首地址*/

};

接收消息

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgrcv(int msqid, struct msgbuf *msgp, int msgsz, long msgtyp, int msgflg)

功能：从msqid代表的消息队列中读取一个msgtyp类型的消息，并把消息存储在msgp指向的msgbuf结构中。在成功地读取了一条消息以后，队列中的这条消息将被删除。

信号量

信号量(又名：信号灯)与其他进程间通信方式不大相同，主要用途是保护临界资源。进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。