6.Linux应用编程——管道、信号

进程间通信（IPC）：
常用的进程间通信方式（7种）：
传统的进程间通信方式：无名管道（pipe）、有名管道（fifo）和信号（signal）
System V IPC对象：System V共享内存（share memory）、System V消息队列（message queue）、System V信号灯（semaphore）
BSD：套接字（socket）

管道概念：管道是Unix中最古老的进程间通信的形式,我们把从一个进程连接到另一个进程
的一个数据流称为一个“管道”, 管道的本质是固定大小的内核缓冲区。


1.无名管道（pipe）
  无名管道：半双工通信（一端作为读，一端肯定作为写）；
  特点：只能用于具有共同祖先的进程(如父进程与fork出的子进程)之间进行通信, 原因是
  pipe创建的是两个文件描述符,不同进程之间无法直接获得;通常，一个管道由一个进程创
  建，然后该进程调用fork，此后父子进程共享该管道.
  注：不能使用lseek
  无名管道函数：pipe
  描述：创建一无名管道
  int pipe(int pipefd[2]);
  参数：
  Pipefd:文件描述符数组,其中pipefd[0]表示读端,pipefd[1]表示写端


2.有名管道（fifo）
  有名管道：用于非亲缘关系进程（不相关的进程之间）
  半双工
  单独执行读断或者写端都会阻塞
命令行创建：
  $ mkfifo <filename>
      myfifo
程序中创建：
  mkfifo：创建有名管道文件
  原型：int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
  参数：1、创建文件路径名  2、文件权限
  示例：mkfifo("./1.txt", 0644);
    if(mkfifo(“./1.txt”,0644)==-1)
    {
    if(errno==EEXIST)
    {
    fd=open(“./1.txt”,);
    }
    else
    {
    perror();
    }
    }




注：要区分信号量和信号。
信号量如下
posix——信号量（常用于线程间通信）
sem_init();
sem_wait();
sem_post();这几个函数主要是用于线程间通信，使用到的机制叫做信号量（用来描述资源）
注：要区分信号量和信号。


System V——信号量(又叫信号灯，常用于进程间通信)
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);//创建/访问一个信号量集
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);//申请、释放
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);//控制信号灯集


信号（signal）如下
3.信号通信（signal）：
信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式（把一种不确定什么时候发生的方式称为异步）


中断：执行一个任务的过程中被其他的事件或者信号打断，然后去执行其他的事件或者信号，执行完成后回到第一个任务继续执行。
异步：不确定什么时候发生的事件叫做异步事件


信号分类：不可靠信号（1-31）和可靠信号（34-64）
kill -l 查看信号     总共有62个信号
SIGKILL（）和SIGSTOP（）不能够捕捉、阻塞和忽略


所谓的可靠信号代表不能造成信号丢失


kill就是一个注册的过程
例子：kill -9 PID 就是给PID注册9信号


信号的执行过程：
产生：由函数或者软件产生、由硬件产生
注册：
注销并且执行：
注：重点了解注册


对信号的操作方式：
缺省操作（默认操作）、捕捉（修改默认操作）、忽略
SIGKILL和SIGSTOP不能够捕捉、阻塞和忽略
常用信号：
Linux的信号的种类有60多种。可以用kill -l命令查看所有的信号，每个信号的含义如下：
1 SIGHUP:当用户退出shell时，由该shell启动的所有进程将收到这个信号，默认动作为终止进程
2 SIGINT：当用户按下了＜Ctrl+C>组合键时，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动作为终止进程。
3 SIGQUIT：当用户按下＜ctrl+\>组合键时产生该信号，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出些信号。默认动作为终止进程。
4 SIGILL：CPU检测到某进程执行了非法指令。默认动作为终止进程并产生core文件
5 SIGTRAP：该信号由断点指令或其他 trap指令产生。默认动作为终止里程 并产生core文件。
6 SIGABRT:调用abort函数时产生该信号。默认动作为终止进程并产生core文件。
7 SIGBUS：非法访问内存地址，包括内存对齐出错，默认动作为终止进程并产生core文件。
8 SIGFPE：在发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为0等所有的算法错误。默认动作为终止进程并产生core文件。
9 SIGKILL：无条件终止进程。本信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为终止进程。它向系统管理员提供了可以杀死任何进程的方法。
10 SIGUSE1：用户定义的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
11 SIGSEGV：指示进程进行了无数内存访问。默认动作为终止进程并产生core文件。
12 SIGUSR2：这是另外一个用户自定义信号 ，程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。1
13 SIGPIPE：Broken pipe向一个没有读端的管道写数据。默认动作为终止进程。
14 SIGALRM:定时器超时，超时的时间由系统调用alarm设置。默认动作为终止进程。
15 SIGTERM：程序结束信号，与SIGKILL不同的是，该信号可以被阻塞和终止。通常用来要示程序正常退出。执行shell命令Kill时，缺省产生这个信号。默认动作为终止进程。
16 SIGCHLD：子进程结束时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。
17 SIGCONT：停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为终止进程。
18 SIGTTIN：停止进程的运行，但该信号可以被处理和忽略。按下＜ctrl+z>组合键发出灾个信号。默认动作为暂停进程。
19 SIGTSTP：停止进程的运行，可该信号可以被处理可忽略。按下＜ctrl+z>组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。
21 SIGTTOU:该信号类似于SIGTTIN，在后台进程要向终端输出数据时发生。默认动作为暂停进程。
22 SIGURG：套接字上有紧急数据时，向当前正在运行的进程发出些信号，报告有紧急数据到达。默认动作为忽略该信号。
23 SIGXFSZ：进程执行时间超过了分配给该进程的CPU时间 ，系统产生该信号并发送给该进程。默认动作为终止进程。
24 SIGXFSZ：超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。
25 SIGVTALRM：虚拟时钟超时时产生该信号。类似于SIGALRM，但是该信号只计算该进程占用CPU的使用时间。默认动作为终止进程。
26 SGIPROF：类似于SIGVTALRM，它不公包括该进程占用CPU时间还包括执行系统调用时间。默认动作为终止进程。
27 SIGWINCH：窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。
28 SIGIO：此信号向进程指示发出了一个异步IO事件。默认动作为忽略。
29 SIGPWR：关机。默认动作为终止进程。
30 SIGSYS：无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生core文件。
31 SIGRTMIN～（64）SIGRTMAX：LINUX的实时信号，它们没有固定的含义（可以由用户自定义）。所有的实时信号的默认动作都为终止进程


在以上列出的信号中，程序不可捕获、阻塞或忽略的信号有：SIGKILL, SIGSTOP
不能恢复至默认动作的信号有：SIGILL, SIGTRAP
默认会导致进程流产的信号有：SIGABRT, SIGBUS, SIGFPE, SIGILL, SIGIOT, SIGQUIT, SIGSEGV, SIGTRAP, SIGXCPU, SIGXFSZ
默认会导致进程退出的信号有：SIGALRM, SIGHUP, SIGINT, SIGKILL, SIGPIPE, SIGPOLL, SIGPROF, SIGSYS, SIGTERM, SIGUSR1, SIGUSR2, SIGVTALRM
默认会导致进程停止的信号有：SIGSTOP, SIGTSTP, SIGTTIN, SIGTTOU
默认进程忽略的信号有：SIGCHLD, SIGPWR, SIGURG, SIGWINCH


此外，SIGIO在SVR4是退出，在4.3BSD中是忽略；SIGCONT在进程挂起时是继续，否则是忽略，不能被阻塞。


信号（signal）API:
kill函数：给pid注册信号sig
头文件：#include <signal.h>
原型：int kill(pid_t pid, int sig);
例程：
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
pid_t pid;
pid = fork();
if(pid == -1)
{
}
else if(pid == 0)
{
kill(getppid(),SIGKILL);
}
else
{
sleep(1);
printf("hello\n");
}
while(1);
return 0;
}


signal函数：
描述：记录如果有中断产生我去哪执行
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
描述：如果添加函数就表示要修改操作，
比如说用KILL注册一个SIGINT给子进程，默认操作是ctrl+c（与kill -2有不同，这里忽略），若用signal给SIGINT信号，函数fun，则操作变为进入fun函数进行一些列操作。
例程：
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
void handler(int signo)
{
if(signo == SIGINT)
printf("this is sigint\n");
if(signo == SIGKILL)
printf("this is sigkill\n");
}


void handlertstp(int signo)
{


}
int main(int argc, const char *argv[])
{
signal(SIGINT,handler);
signal(SIGKILL,handler);
signal(SIGQUIT,SIG_IGN);
signal(SIGTSTP,handlertstp);//中断函数内部什么内容都没有也是捕捉操作
printf("hello\n");
// while(1);
pause();//如果没有信号pause函数阻塞，如果有信号注册先去执行中断函数\
当中断函数执行完成pause函数唤醒.pause函数的唤醒是捕捉操作唤醒的
printf("end\n");
return 0;
}




进程由task_struct描述


pause函数：
描述：阻塞，等待唤醒，如果没有信号pause函数阻塞，如果有信号注册先去执行
中断函数，当中断函数执行完成pause函数唤醒，pause函数的唤醒是捕捉操作唤醒
的，忽略不唤醒。
头文件：#include <unistd.h>
函数原型：int pause(void);


中断函数内部谁没内容都没有也是捕捉操作。


实例：
创建子进程代表售票员，父进程代表司机 ，过程如下：


售票员捕捉SIGINT(代表开车)，发SIGUSR1给司机，司机打印(“let’s gogogo”)
售票员捕捉SIGQUIT(代表停车)，发SIGUSR2给司机，司机打印(“stop the bus”)
司机捕捉SIGTSTP(代表车到总站)，发SIGUSR1给售票员，售票员打印(“please get off the bus”)
程序：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>


pid_t pid;


void father_handler(int signo)
{
if(signo == SIGUSR1)
printf("gogogo\n");
if(signo == SIGUSR2)
printf("stop the bus\n");
if(signo == SIGTSTP)
{
kill(pid,SIGUSR1);
wait(NULL);
exit(0);
}
}


void child_handler(int signo)
{
if(signo == SIGINT)
kill(getppid(),SIGUSR1);
if(signo == SIGQUIT)
kill(getppid(),SIGUSR2);
if(signo == SIGUSR1)
{
printf("get off the bus\n");
exit(0);
}
}


int main(int argc, const char *argv[])
{


pid = fork();


if(pid == -1)
{


}
else if(pid == 0)
{
signal(SIGINT,child_handler);
signal(SIGQUIT,child_handler);
signal(SIGUSR1,child_handler);
signal(SIGTSTP,SIG_IGN);
}
else
{
signal(SIGINT,SIG_IGN);
signal(SIGQUIT,SIG_IGN);


signal(SIGUSR1,father_handler);
signal(SIGUSR2,father_handler);
signal(SIGTSTP,father_handler);
}
while(1)
{
pause();
}
return 0;
}