6.Linux进程通信

目录

前言

        Ⅰ.管道

一.匿名管道

二.命名管道

三.命名管道与匿名管道差异

        Ⅱ.system v共享内存

一.基本结构

二.共享内存函数

Ⅲ.小拓展

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前言

进程间通信

进程间通信目的
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（它们）发生了某种事件（如进程终止时要通知父进程）。
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陷入和异常，并能够及时知道它的状态改变。

进程间如何通信呢？

今天来讲管道和共享内存两种方式。

Ⅰ.管道

通过管道通信分为两类

匿名管道      and      命名管道

那什么是管道呢？

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”

管道只能单向通信

父子进程通过读写打开同一个文件，管道实际上就是一个文件。

为什么存在管道呢？

因为存在写时拷贝

一.匿名管道

创建一匿名管道（适用于有亲缘关系的进程，例如父子）

#include
功能:创建一无名管道
原型
int pipe(int fd[2]);
fd是输出型参数，数组存储两个fd值

一般fd[0]为读，fd[1]为写
fd：文件描述符数组,其中fd[0]表示读端, fd[1]表示写端，通过读写端来实现数据的共享。
返回值:成功返回0，失败返回错误代码

管道特点

①（读快）如果写段不关闭文件描述符，且不写入，读端在一段时间可能需要阻塞。

②（写快）当我们实际在写入时，如果写入条件不满足，我们写入端就要进行阻塞。

③如果写端关闭文件描述符，那么读端读完管道数据后会读到文件结尾，也就是读到0值。

④如果读端关闭，写端进程可能在后续被进程直接杀掉。

管道读写规则

当没有数据可读时
O_NONBLOCK disable：read调用阻塞，即进程暂停执行，一直等到有数据来到为止。
O_NONBLOCK enable：read调用返回-1，errno值为EAGAIN。
当管道满的时候
O_NONBLOCK disable： write调用阻塞，直到有进程读走数据
O_NONBLOCK enable：调用返回-1，errno值为EAGAIN
如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭，则read返回0
如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭，则write操作会产生信号SIGPIPE,进而可能导致write进程
退出
当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性。
当要写入的数据量大于PIPE_BUF时，linux将不再保证写入的原子性。

管道的五个特征

只能用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进行通信；通常，一个管道由一个进程创建，然后该进程调用fork，此后父、子进程之间就可应用该管道。
管道提供流式服务
一般而言，进程退出，管道释放，所以管道的生命周期随进程
一般而言，内核会对管道操作进行同步与互斥
管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道

二.命名管道

创建命名管道（没有亲缘关系也可，毫不相关的进程实现通信）

命名管道可以从命令行上创建，命令行方法是使用下面这个命令：

$ mkfifo filename
命名管道也可以从程序里创建，相关函数有：

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
创建命名管道:
$ mkfifo filename
int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
int main(int argc, char *argv[])
{
mkfifo("p2", 0644);
return 0;
}

三.命名管道与匿名管道差异

那命名管道和匿名管道有什么差别呢？

匿名管道由pipe函数创建并打开。
命名管道由mkfifo函数创建，打开用open
FIFO（命名管道）与pipe（匿名管道）之间唯一的区别在它们创建与打开的方式不同，一但这些工作完
成之后，它们具有相同的语义。

Ⅱ.system v共享内存

一.基本结构

速度最快的拷贝方式，硬件结构如下图。

那如何实现这一结构呢？

分为四大部，是

①创建共享内存                             ②删除

③关联共享内存                             ④取消关联

四个功能需要借助下面共享内存函数来实现！

二.共享内存函数

ftok    根据算法生成一个key值。

key值用来表示唯一性，id是定位资源

共享内存函数

shmget函数

功能：用来创建共享内存
原型
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
参数
key:这个共享内存段名字
size:共享内存大小
shmflg:由九个权限标志构成，它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的
返回值：成功返回一个非负整数，即该共享内存段的标识码；失败返回-1

暂时只用两个

IPC_CREAT

IPC_EXCL  有同名文件就出错

ipc的生命周期随内核

shmat函数

功能：将共享内存段连接到进程地址空间
原型
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
参数
shmid: 共享内存标识
shmaddr:指定连接的地址
shmflg:它的两个可能取值是SHM_RND和SHM_RDONLY
返回值：成功返回一个指针，指向共享内存第一个节；失败返回-1

shmdt函数

功能：将共享内存段与当前进程脱离
原型
int shmdt(const void *shmaddr);
参数
shmaddr: 由shmat所返回的指针
返回值：成功返回0；失败返回-1
注意：将共享内存段与当前进程脱离不等于删除共享内存段

shmctl函数

功能：用于控制共享内存
原型
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
参数
shmid:由shmget返回的共享内存标识码
cmd:将要采取的动作（有三个可取值）

IPC_MID  删除
buf:指向一个保存着共享内存的模式状态和访问权限的数据结构

NULL
返回值：成功返回0；失败返回-1

共享内存底部不提供任何的同步和互斥机制，而管道是提供的。

Ⅲ.小拓展

进程互斥

由于各进程要求共享资源，而且有些资源需要互斥使用，因此各进程间竞争使用这些资源，进程的这种
关系为进程的互斥
系统中某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为临界资源或互斥资源。
在进程中涉及到互斥资源的程序段叫临界区
特性方面
IPC资源必须删除，否则不会自动清除，除非重启，所以system V IPC资源的生命周期随内核