6、进程间通信

Linux进程间通信（IPC：interprocess communication）

Linux进程间通讯的主要方式有：

1、无名管道（pipe）
2、有名管道（FIFO）
3、信号量（semaphore）
4、信号（single）
5、共享内存
6、消息队列
7、套接字（socket）

1、无名管道（pipe）

一个进程在管道的尾部写入数据，另一个进程从管道的头部读出数据。管道包括无名管道和有名管道两种，前者只能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。

特点：

1. 管道通讯是单向的，有固定的读端和写端。
2. 数据被进程从管道读出后，在管道中该数据就不存在了。

3. 当进程去读取空管道的时候，进程会阻塞。
4. 当进程往满管道写入数据时，进程会阻塞。
5. 管道容量为64KB（#define PIPE_BUFFERS 16   include/linux/pipe_fs_i.h）

在Linux系统中，无名管道一旦创建完成后，操作无名管道等同于操作文件。无名管道的读端被视作一个文件；无名管道的写端也被视作一个文件。

1.创建管道

函数原型： int pipe(int pipefd[2])

函数功能： 创建一个管道

头文件： unistd.h

返回值： 成功返回0，失败返回-1

参数： 参数返回2个文件操作符，pipefd[0]指向管道读端，pipefd[1]指向写端

注意： 执行写之前一定要关闭读文件，同理，读文件也是一样的

2.写管道

函数原型： ssize_t   write(int filedes, const void *buf, size_t  nbytes)

函数功能： 往管道里写数据，类似于文件的写

头文件： unistd.h

返回值： 成功写入字节数的个数

参数： filedes：创建管道后获得的文件描述符，buf：写入数据的缓存，nbytes：写入数据的字节数

3.读管道

函数原型： ssize_t   read(int filedes, void *buf, size_t  nbytes)

函数功能： 读管道里的数据，类似于文件的读

头文件： unistd.h

返回值： 成功读取字节数的个数

参数： filedes：创建管道后获得的文件描述符，buf：存放数据的缓存，nbytes：需要读取数据的字节数

4.关闭管道

函数原型： int  close(int filedes)

函数功能： 关闭一个管道

头文件： unistd.h

返回值： 成功返回0，失败返回-1

参数： filedes：需要关闭的文件描述符

2、有名管道通信

有名管道又称为FIFO文件，因此我们对有名管道的操作可以采用操作文件的方法，如使用open,read,write等.

FIFO文件在使用上和普通文件有相似之处，但是也有不同之处：

1. 读取Fifo文件的进程只能以”RDONLY”方式打开fifo文件。

2. 写Fifo文件的进程只能以”WRONLY”方式打开fifo文件

3.Fifo文件里面的内容被读取后，就消失了。但是普通文件里面的内容读取后还存在。

1.创建有名管道

函数原型： int mkfifo(const char* pathname, mode_t mode)
函数功能： 创建有名管道
头文件： sys/types.h     sys/stat.h
返回值： 成功返回0，失败返回-1
参数： pathname：要创建FIFO文件的名称及路径   mode：文件的访问权限

访问权限与打开文件中的权限类似，mode_t有如下几个数值，如果需要多个模式可以用或运算，这个运算在<fcntl.h>里

O_RDONLY 只读打开

O_WRONLY 只写打开

O_RDWR 读写打开

O_APPEND 每次写从文件尾追加

O_CREAT 此文件不存在则创建它

O_EXCL 如果指定了O_CREAT。而文件已存在会出错，用此可以测试文件是否存在，不存在则创建

O_TRUNC 若文件存在且为只写或读写打开，则将文件程度截为0

等等，还有其他见《UNIX环境高级编程_第二版》

2.读写管道

读写和文件读写一样，即和无名管道一样

3.打开关闭管道

打开open，关闭close，和文件打开关闭一样

4.删除管道

函数原型： int unlink(const char* pathname)
函数功能： 删除文件（包括FIFO文件）
头文件： unistd.h
返回值： 成功返回0，失败返回-1
参数： 删除文件的名字（包含路径）

3、信号量（semaphore）

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(进程互斥)。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。

信号量分为二值信号量，即信号灯的值只能为0或1，可以用来实现互斥，还有计数信号灯，它的值可以为任意非负整数，用来实现同步

1.创建/打开信号量

函数原型： int semget(key_t key, int nsems, int semflag)
函数功能： 获取信号量集合的标识符当key所指定的信号量不一样时，并且semflag参数里包含了IPC_CREAT时，就会创建一个信号量集合，个数由nsems确定
头文件： <sys/types.h><sys/ipc.h><sys/sem.h>
返回值： 如果成功返回信号量集合的标识符，失败返回 -1
参数：

key，它是用来表示不同信号量的数字，类似于身份证号不能重复，所以需要用ftok构造一个key来防止可以冲突
nsems：信号量集合的个数
semflag，标志，可以取IPC_CREAT，

2.信号量操作函数

函数原型： int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops)
函数功能： 操作信号量集合里的信号量
头文件： <sys/types.h>  <sys/ipc.h>  <sys/sem.h>
返回值： 成功返回0，失败返回-1
参数：
semid：要操作信号量集合的标识符
sops：sembuf结构体包含如下几个成员
sem_num：信号量的编号，从0开始，比如只创建了一个，则编号为0
sem_op：信号量操作的类型   正数释放信号量，负数请求信号量
sem_flg：标志位
nsops：要操作多少个信号量  

3.初始化信号量初始值或者是获取当前信号量的值

函数原型： int semctl(int  semid, int semnum, int cmd)
函数功能： 初始化信号量初始值或者是获取当前信号量的值
头文件： <sys/types.h>  <sys/ipc.h>  <sys/sem.h>
返回值： 成功返回0，失败返回-1
参数：
semid：要操作信号量集合的标识符
semnum：信号量集合中的一个成员
cmd：对信号量的操作

 4、信号（single）

一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。信号机制除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。

1.发送信号函数

函数原型： int kill(pid_t pid, int sig)
函数功能： 向一个进程发送信号
头文件： <sys/types.h> <signal.h>
返回值： 成功返回0，失败返回-1
参数：
pid    如果pid大于0，pid指向接收信号的进程，
          如果pid等于0，pid指向每一个调用这个进程的进程
 如果pid等于-1

sig 要发送的信号

2.信号处理函数

函数原型： typedef   void (*sighandler_t)(int)             sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)
函数功能： 设置信号的处理函数或者说处理方式
头文件： <sys/types.h> <signal.h>
返回值： 成功时返回处理函数的指针，失败返回SIG_ERR

参数：
signum  用来指明要处理的信号 kil -l 查看所有参数
handler 对应信号的处理方式 ，可以取值：SIG_IGN忽略这个信号，SIG_DFL交给内核处理， 用户自定义的函数

5、共享内存

共享内存是IPC机制中的一种. 顾名思义,它允许两个不相关的进程访问同一段内存,这是传递数据的一种非常有效的方式。

1、优点：我们可以看到使用共享内存进行进程间的通信真的是非常方便，而且函数的接口也简单，数据的共享还使进程间的数据不用传送，而是直接访问内存，也加快了程序的效率。同时，它也不像匿名管道那样要求通信的进程有一定的父子关系。
2、缺点：共享内存没有提供同步的机制，这使得我们在使用共享内存进行进程间通信时，往往要借助其他的手段来进行进程间的同步工作。

实例操作：
现在A进程和B进程提供共享内存通信

A：
1、创建共享内存
2、映射共享内存
3、写入通信数据
4、分离共享内存
B：
1、获取共享内存
2、映射共享内存
3、读取数据
4、分离共享内存
5、删除共享内存

1.创建共享内存

函数原型： int shmget(key_t key, size_t size, int flag)
函数功能： 创建或者打开共享内存，并返回其描述符
头文件： <sys/ipc.h>  <sys/shm.h>
返回值： 成功时返回共享内存的描述符，失败时返回-1
参数：

key_t key 键值,信号量的身份证号，如果找不到这个键值，且在标志位中有IPC_CREAT，那么创建一个新的共享内存
size_t size 共享内存的大小 
int flag 打开的标志，使用IPC_CREAT则会创建一个共享内存

2.映射共享内存

函数原型： void *shmat(int shmid, const void *addr, int flag)
函数功能： 把shmid指定的共享内存映射到进程的地址空间里
头文件： <sys/ipc.h>  <sys/shm.h> <sys/types.h>
返回值： 成功时返回映射到进程空间中的内存地址，失败时返回-1
参数：
shmid 要映射的共享内存的描述符
addr   共享内存要映射实际物理的地址，一般情况下设置为空NULL，由Linux自行分配一块合适的地址

3.脱离共享内存

函数原型： int shmdt(void *addr)
函数功能： 从进程地址空间中断掉与共享内存的联系
头文件： <sys/ipc.h>  <sys/shm.h> <sys/types.h>
返回值： 成功时返回0，失败时返回-1
参数： void *addr 要断开的共享内存的映射地址

4.删除共享内存

函数原型： int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf)
函数功能： 对shmid对应的共享内存进行一定的操作
头文件： <sys/ipc.h>  <sys/shm.h> <sys/types.h>
返回值： 失败时返回-1，成功时根据不同操作返回不同的值
参数：

shmid 要控制的共享内存的id
cmd   决定执行什么样的操作，IPC_RMID  删除共享内存
buf:  获取linux描述共享内存的shmid_ds结构，基本用不上，一般让它为0

6、消息队列

消息队列就是一个消息的链表。而一条消息则可看作一个记录，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

1.创建一个消息队列

函数原型： int msgget(key_t key, int msgflag)
函数功能： 创建一个消息队列
头文件： <sys/ipc.h>  <sys/types.h>  <sys/msg.h>
返回值： 创建成功返回消息队列ID，失败返回0
参数： key_t 键值，msgflag 打开标志 最重要的是IPC_CREAT

2.发送一个消息队列数据

函数原型： int msgsnd(int msgid,const void *ptr,size_t nbytes, int flag)
函数功能： 发送一条消息队列
头文件： <sys/ipc.h>  <sys/types.h>  <sys/msg.h>
返回值： 成功返回0，失败返回-1
参数：

msgid 消息队列ID
ptr   一条消息的指针特，具有如下结构
struct msgbuf
{
long mtype;    //消息类型，认为取1,2,3
char mtext[L];
} 
size_t   发送数据的长度
flag     发送消息的标志

3.接收一个消息队列数据

函数原型： ssize_t msgrcv(int msgid,void *ptr,size_t nbytes, long msgtype,int flag)
函数功能： 接收一条消息队列
头文件： <sys/ipc.h>  <sys/types.h>  <sys/msg.h>
返回值： 成功返回0，失败返回实际读取到的字符数
参数：
msgid   消息队列ID
ptr     一条消息的指针
size_t   希望读取的字节数
long     接收数据的类型
如果等于0，则取队列中的第一条消息
        如果大于0，则取消息队列中的第一条符合类型的消息
        如果小于0，则取第一个比它绝对值小的最小类型的消息
flag    接收标志

4.对消息队列的操作

函数原型： int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)
函数功能： 对消息队列进行操作
头文件： <sys/ipc.h>  <sys/types.h>  <sys/msg.h>
返回值： 操作成功0，操作失败返回-1
参数：
msqid   消息队列id
cmd     进行的操作，IPC_RMID为删除命令
buf     系统内核返回的信息