笔记一：进程间的通信

第一篇只是简单的介绍下一些相关知识，如果想详细了解可以看博客中的相关内容！！！

A与B虽然无法在用户空间通信，但是可以通过访问内核进行通信，访问内核中同一个对象（通过内核中的对象）

内核对象： 进程间的通信方式

2.有哪几种通信方式？

管道通信：无名管道、有名管道（文件系统中有名）

信号通信：信号（通知）通信包括：信号的发送、信号的接收和信号的处理。

IPC（Inter-Process Communication）通信：共享内存、消息队列和信号灯。

以上是单机模式下的进程通信（只有一个Linux内核）

Socket通信：存在于一个网络中两个进程之间的通信（两个Linux内核）。

线程间通信：可以在用户空间就可以实现，可以通过全局变量通信。

一：进程通信概述

1.什么是进程间通信？

    什么是线程间通信？

    进程通信：在用户空间实现进程通信是不可能的，通过Linux内核通信

    线程间通信：可以在用户空间就可以实现，可以通过全局变量通信。（一个房子里面有两个房间，在房子里面有一个客厅，是两个房间所共有的）

2.有哪几种通信方式？

管道通信：无名管道、有名管道（文件系统中有名）

信号通信：信号（通知）通信包括：信号的发送、信号的接收和信号的处理。

IPC（Inter-Process Communication）通信：共享内存、消息队列和信号灯。

以上是单机模式下的进程通信（只有一个Linux内核）

Socket通信：存在于一个网络中两个进程之间的通信（两个Linux内核）。

3. 进程通信课程的学习思路：每一种通信方式都是基于文件IO的思想。

open：功能：创建或打开进程通信对象。函数形式不一样，有的是有多个函数完成。

write: 功能：向进程通信对象中写入内容。函数形式可能不一样。   

read:  功能：从进程通信对象中读取内容。函数形式可能不一样。

close: 功能：关闭或删除进程通信对象。形式可能不一样。

二：无名管道

通信原理：

管道文件是一个特殊的文件，是由队列来实现的。

在文件IO中创建一个文件或打开一个文件是由open函数来实现的，它不能创建管道文件。只能用pipe函数来创建管道。

函数形式：int pipe(int fd[2])

功能：创建管道，为系统调用：unistd.h

参数：就是得到的文件描述符。可见有两个文件描述符：fd[0]和fd[1]，管道有一个读端fd[0]用来读和一个写端fd[1]用来写，这个规定不能变。

返回值：成功是0，出错是-1；

例1：pipe函数使用。

注意：

管道中的东西，读完了就删除了；队列

如果管道中没有东西可读，则会读阻塞。

例2：验证读阻塞。

例3：验证写阻塞：可以计算出内核开辟的管道有多大。5456   5457 

例4：实现进程通信。
无名管道的缺点：只能实现父子进程（有亲缘关系进程）之间的通信。

正由于这无名管道的缺点，对无名管道进行改进：有名管道。

所谓的有名，即文件系统中存在这个一样文件节点，每一个文件节点都有一个inode号

而且这是一个特殊的文件类型：p管道类型。

1.创建这个文件节点，不可以通过open 函数，open 函数只能创建普通文件，不能创建特殊文件（管道-mkdifo，套接字-socket，字符设备文件-mknod，块设备文件-mknod，符号链接文件-ln –s,目录文件mkdir）

2.管道文件只有inode号，不占磁盘块空间，和套接字、字符设备文件、块设备文件一样。普通文件和符号链接文件及目录文件，不仅有inode号，还占磁盘块空间。

3.  mkfifo   用来创建管道文件的节点，没有在内核中创建管道。

只有通过open 函数打开这个文件时才会在内核空间创建管道。

3.mkfifo
函数形式：int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

功能：创建管道文件

参数：管道文件文件名，权限，创建的文件权限仍然和umask有关系。

返回值：创建成功返回0，创建失败返回-1。

例1：mkfifo的用法。

例子：通过管道实现无亲缘关系进程间通信。

三：信号

信号通信，其实就是内核向用户空间进程发送信号，只有内核才能发信号，用户空间进程不能发送信号。

 内核可以发送多少种信号呢？

kill  -l

命令：kill  -9 pid

信号通信的框架

信号的发送（发送信号进程）：kill raise alarm

信号的接收（接收信号进程） :  pause()  sleep  while(1)

信号的处理（接收信号进程） : signal

1.信号的发送（发送信号进程）

kill :

所需头文件    #include <signal.h>

                        #include <sys/types.h>

函数原型        int kill(pid_t pid, int sig);

函数传入值 pid：    正数：要接收信号的进程的进程号
0：信号被发送到所有和pid进程在同一个进程组的进程
-1：信号发给所有的进程表中的进程(除了进程号最大的进程外)
sig：信号

函数返回值    成功：0  出错：-1

kill命令的程序实现实例。

raise: 发信号给自己 == kill(getpid(), sig)

所需头文件      #include <signal.h>

                          #include <sys/types.h>

函数原型          int raise(int sig);

函数传入值     sig：信号

函数返回值      成功：0  出错：-1

alarm : 发送闹钟信号的函数：

alarm 与 raise 函数的比较：

相同点：让内核发送信号给当前进程

不同点：

1.alarm 只会发送SIGALARM信号

2.alarm 会让内核定时一段时间之后发送信号， raise会让内核立刻发信号

所需头文件    #include <unistd.h>

函数原型         unsigned int alarm(unsigned int seconds)

函数传入值     seconds：指定秒数

函数返回值    成功：如果调用此alarm()前，进程中已经设置了闹钟时间，则

返回上一个闹钟时间的剩余时间，否则返回0。出错：-1

常见信号

信号名    含义    默认操作

SIGHUP    该信号在用户终端连接(正常或非正常)结束时发出，通常是在终端的控制进程结束时，通知同一会话内的各个作业与控制终端不再关联。    终止

SIGINT    该信号在用户键入INTR字符(通常是Ctrl-C)时发出，终端驱动程序发送此信号并送到前台进程中的每一个进程。    终止

SIGQUIT    该信号和SIGINT类似，但由QUIT字符(通常是Ctrl-\)来控制。    终止

SIGILL    该信号在一个进程企图执行一条非法指令时(可执行文件本身出现错误，或者试图执行数据段、堆栈溢出时)发出。    终止

SIGFPE    该信号在发生致命的算术运算错误时发出。这里不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为0等其它所有的算术的错误。    终止

SIGKILL    该信号用来立即结束程序的运行，并且不能被阻塞、处理和忽略。    终止

SIGALRM    该信号当一个定时器到时的时候发出。    终止

SIGSTOP    该信号用于暂停一个进程，且不能被阻塞、处理或忽略。    暂停进程

SIGTSTP    该信号用于暂停交互进程，用户可键入SUSP字符(通常是Ctrl-Z)发出这个信号。    暂停进程

SIGCHLD    子进程改变状态时，父进程会收到这个信号    忽略

SIGABORT    该信号用于结束进程    终止

2. 信号的接收（接收信号进程）

接收信号的进程，要有什么条件：要想使接收的进程能收到信号，这个进程不能结束 :

sleep

pause：进程状态为S

while(1)

所需头文件    #include <unistd.h>

函数原型    int pause(void);

函数返回值    成功：0，出错：-1

3.信号的处理（接收信号进程）

    收到信号的进程，应该怎样处理？ 处理的方式：

(1)进程的默认处理方式（内核为用户进程设置的默认处理方式）

A：忽略

B：终止进程

C: 暂停

(2)自己的处理方式：

自己处理信号的方法告诉内核，这样你的进程收到了这个信号就会采用你自己的的处理方式

所需头文件    #include <signal.h>

函数原型    void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

函数传入值    signum：指定信号

    handler：     SIG_IGN：忽略该信号。

        SIG_DFL：采用系统默认方式处理信号。

        自定义的信号处理函数指针

函数返回值    成功：设置之前的信号处理方式      出错：-1

signal 函数有二个参数，第一个参数是一个整形变量（信号值），第二个参数是一个函数指针，是我们自己写的处理函数；

这个函数的返回值是一个函数指针。

练习：有二个进程，一个server.c  一个client.c，要求server.c负责创建有名管道文件，即server要先运行，client后运行。

四：IPC通信

IPC通信（Inter-Process Communication）

三种： 共享内存、消息队列、信号灯

这个IPC对象，肯定是存在于内核中。而且用户空间的文件系统中有没有IPC的文件类型？没有。

有名管道为什么能实现无亲缘关系的进程之间的通信？

是因为用户空间有管道这种文件类型。

IPC是不是只能用于亲缘关系进程之间的通信呢？肯定不是

它是怎样实现无亲缘关系之间的通信呢？也即你是保证用户空间的二个进程对内核中的同一个IPC对象的操作。（ftok）

IPC对象的打开或创建：  类似于open的函数呢？

IPC和文件I/O函数的比较

文件I/O    IPC

open    Msg_get               

Shm_get

Sem_get

read

write    msgsnd msgrecv

shmat shmdt

semop

close    msgctrl

shmctrl

semctrl

打开或创建一个共享内存对象，共享内核在内核是什么样子的？

一块缓存，变类似于用户空间的数组或malloc函数分配的空间一样

所需头文件    #include <sys/types.h>

                        #include <sys/ipc.h>

                        #include <sys/shm.h>

函数原型        int shmget(key_t key, int size, int shmflg);

函数参数        key：IPC_PRIVATE 或 ftok的返回值

                        size：共享内存区大小

                        shmflg：同open函数的权限位，也可以用8进制表示法

函数返回值    成功：共享内存段标识符---ID---文件描述符    出错：-1

查看IPC对象    ipcs –m               -q    -s

删除IPC对象    ipcrm  -m  id

返回值：共享内存段标识符  IPC的ID号