linux系统编程之进程间的通信-创新互联

  进程间通信（IPC），是指在不同进程间传播或交换信息的。其常用方式：管道（无名管道和命名管道）、消息队列、共享内存、信号、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

函数原型：int pipe(int pipefd[2]);

包含头文件：#include

成功调用返回0，否则返回-1；

参数pipdfd是数组，存放文件描述符；（pipefd[0]-读，pipefd[1]-写）

特点：1.它是半双工的，具有固定的读端和写端；2.只能用于具有亲缘关系进程之间的通信（父子进程或兄弟进程）；3.不是普通文件，但是可以使用read、write等，不属于系统文件（即ls指令看不到该管道），只存在于内存中。

上面代码的中我们在父进程中写内容到子进程中，并且我们让父进程等待子进程。

函数原型：int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

包含头文件：#include、#include；

参数1：文件路径；参数2：与open函数中mode参数一样；

成功返回0，否则返回-1；

特点：1.可以在无关进程中通信；2.以一种特殊文件形式存在于系统文件中（ls看查看到）；

这里要注意的是：当 open 一个FIFO时，是否设置非阻塞标志（O_NONBLOCK）的区别：

• 若没有指定O_NONBLOCK（默认），只读 open 要阻塞到某个其他进程为写而打开此 FIFO。类似的，只写 open 要阻塞到某个其他进程为读而打开它。

• 若指定了O_NONBLOCK，则只读 open 立即返回。而只写 open 将出错返回 -1 如果没有进程已经为读而打开该 FIFO，其errno置ENXIO。

read.c：

write.c ：

read.c执行结果： 

write.c执行结果：

这里我们实现了两个无关进程的通信，fife1就相当于接口。

消息队列是消息的链接表，存放在内核中，一个消息队列由一个标识符来标识；

函数原型：

1.int msgget(key_t key, int msgflg);        //创建或打开消息队列；

成功返回队列ID，否则返回-1；

2.int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);        //发送消息；

参数1：队列ID；参数2：消息相关的结构体（包括消息类型和消息内容）；参数3：消息大小；参数4：取0即可（表示阻塞）；

成功返回0，否则返回-1；

3.ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);    //读取消息

和msgsnd函数参数不同的是多了long msgtye,msgtye对应的就是消息类型，一般>0；

成功返回消息数据长度，否则返回-1；

4.int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);        //控制消息队列

参数1：队列ID；参数2：对消息队列控制命令；参数3：由参数2决定，一般为NULL;

成功返回0，否则返回-1；

特点：1.消息队列是面向记录的，消息具有特定的格式和特定的优先级；2.独立于发送和接收进程，进程终止消息队列和其内容不会被删除；3.可以实现消息的随机查询；

receive.c

send.c

receivc.c运行结果：

send.c运行结果：

上面代码表示：receive进程在一直等待send进程发数据，当receive进程收到数据后给send进程回应； 

共享内存是指两个或两个以上进程共享一个给定的存储区；

函数原型：

1.int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);        //创建或获取一个共享内存；

（当创建一个共享内存时，参数2-size需指定其大小，并且以M为单位，引用一个存在的共享内存时，size写0即可）

成功返回共享内存ID，否则返回-1；

2.void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);        //连接共享内存到当前进程的地址空间；

成功连接后把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间，随后可像本地空间一样访问；

参数1：共享内存ID；参数2：指定共享内存的空间地址（为0时由系统默认指定）；参数3：与参数2相关，参赛2为0时，参数3也为0；

成功返回指向共享内存的指针（即地址），否则返回-1；

3.int shmdt(const void *shmaddr);        //端口与共享内存的连接；

注意：这并不是从系统中删除该共享内存，只是当前进程不能再访问该共享内存而已；

成功返回0，否则返回-1；

4.int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);        //控制共享内存的相关信息；

参数1：共享内存ID；参数2：对共享内存控制命令；参数3：与参数2相关，控制一些信息；

成功返回0，否则返回-1；

特点：1.共享内存时最快的一种IPC，因为进程直接对内存进行存取；2.因为多个进程可以同时操作，因此需要进行同步；3.共享内存一般搭配信息量使用（同步信息）；

shmwrite.c：

shmread.c： 

shmwrite.c运行结果： 

shmread.c运行结果：

以上代码就是使用了共享内存进行通信，大家可以发我们在shmwrite.c里面发数据时运用了sleep函数，防止共享内存提前销毁了。

信号就是软件中断，信号提供了一种异步处理事件的方法，它允许进程和内核中断其他进程，一个信号就是一条消息，它通知进程系统发生了某一种类型的事件；

信号的处理：1.忽略信号；2.捕捉信号；3.默认动作；

忽略信号：大多数信号可以使用这个方式，注意：SIGKILL和SIGSTOP信号不能被忽略；

捕捉信号：当该信号产生时，由内核来调用用户自定义的函数来实现某一种信号的处理；

默认动作：当发生该信号时，系统会自动执行；

函数原型：

信号处理函数的注册：

1.void ( *signal(int signum, void (*handler)(int)) ) (int);或者

typedef void (*sighandler_t)(int);

1.sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);        //设置某一信号对应动作（入门版）
再讲解这个函数之前我们先来补充一点知识——typedef用法之一：定义函数指针类型；

就拿上面这个函数为例：sighandler_t是一个函数指针，其有一个整形类型的形参，并且返回值为空，使用typedef之后，sighandler_t就可以来定义一个函数，其就相当于是一个类型了（和int这种一样），所有signal函数形参中handler就是一个形参为int，返回值为空的函数指针。再看signal函数，通过其原型（即void ( *signal(int signum, void (*handler)(int)) ) (int)）可知signal是一个指针函数，即返回值为 指针的函数，那么这样sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)就好理解了，就是signal的返回值是指针（这里是函数指针），其类型是sighandler_t（即形参为int，返回值为空的函数指针），这里要注意的是sighandler_t是signal返回值的类型，而不是signal的类型，但是是handler的类型。

参数1：信号名；参数2：信号处理函数，当信号发生时调用此函数；

成功返回处理函数的指针，否则返回SIG_ERR;

2.int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);        //检测或修改以及指定信号相关联的处理动作（高级版，可携带消息）

参数1：信号名；参数2：结构体指针（包含信号处理函数相关内容）；参数3：结构体指针（用来备份）；

成功返回0，否则返回-1；

信号处理发送函数：

3.int kill(pid_t pid, int sig);        //将信号发送给进程或者进程组（入门版）

参数1：进程PID；参数2：信号名；

成功返回0，否则返回-1；

4.int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);        //将信号发送给进程或者进组（高级版，可携带信息）

参数1：进程PID；参数2：信号名；参数3：要发送的消息内容；

成功返回0，否则返回-1；

一般signal函数搭配kill函数来使用：

signal.c：

kill.c：

一般sigaction函数搭配sigqueue函数使用：

sigaction.c：

sigqueue.c： 

sigqueue.c运行结果：

sigaction.c运行结果：

信号量本质上来说不属于进程间通信的方式之一，它是一个计数器。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据；

最简单的信号量只能取0和1变量，称为二值变量；可以取多个正整数的信号量称为通用信号量；

函数原型：

1.int semget(key_t key, int nsems, int semflg);        //创建或获取一个信号量组；

其中nsems为信号量的个数，必须指定；若为现有的信号量集则为0；

成功返回信号量集ID,否则返回-1；

2.int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);        //对信号量组进行操作，改变信号量的值；

参数1：信号量集ID；参数2：结构体指针，包含信号量相关信息；参数3：信号量数组；

成功返回0，否则返回-1；

3.int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);        //控制信号两个的相关信息；

参数1：信号量集ID；参数2：信号量编号；参数3；信号量的信息命令；参数4：与参数3有关；

成功返回的值与cmd有关，否则返回-1；

特点：1.信号量用于进程间同步，一般配合共享内存使用；2.信号量基于操作系统的PV操作，程序对信号量的操作都是原子操作；3.每次对信号量的PV操作不仅限于信号量值+1或-1，而且可以加减任意数；4.支持信号量组；

这个代码就通过信号量来让子进程先运行，子进程先放信号量，父进程等待信号量，一般不这样用，因为要父进程等待子进程用wait函数即可，信号量一般是搭配共享内存使用的。 

1.无名管道：速度慢，容量有限，只有亲缘进程之间才能通信；

2.有名管道：速度慢，但是任何进程间都能通信；

3.消息队列：容量受系统限制，第一次读时，要考虑上次没有读完的数据问题；

4.共享内存：能够容易控制容量，速度快，但要考虑同步问题；

5.信号量：用来同步消息；

以上就是进程间通信相关内容，有不对的地方欢迎大家批评指正。

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