进程间通信(IPC)

为什么需要进程间通信

• 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，通知它们发生了某种事件。

  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)，该控制进程希望能够拦截另一个进程的所有操作，并能够及时知道它的状态改变。

参考进程间通信

ipcs用法

ipcs -a 是默认的输出信息 打印出当前系统中所有的进程间通信方式的信息
ipcs -m 打印出使用共享内存进行进程间通信的信息
ipcs -q 打印出使用消息队列进行进程间通信的信息
ipcs -s 打印出使用信号进行进程间通信的信息

ipcs -t 输出信息的详细变化时间

ipcs -u 输出当前系统下ipc各种方式的状态信息(共享内存，消息队列，信号)

- 一.无名管道PIPE

• 特点： 它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。

  它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。

  它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write
  等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。

  当一个管道建立时，调用pipe函数 在内核中开辟一块缓冲区用于通信，它会创建两个文件描述符：fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。如下图：
  
  要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可

• 原型：

#include 
int pipe(int fd[2]);    // 返回值：若成功返回0，失败返回-1

若要数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（fd[0]）与子进程的写端（fd[1]）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程。
例子：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 



int main()
{
	int fd[2];
	pid_t  pdata;
	char readBug[128]={0};

	if(pipe(fd)==-1){
		printf("create pipe filled!\n");
	}

	pdata=fork();
	if(pdata<0){
		printf("create fork filled!\n");
	}else if(pdata>0){
		
		sleep(2);
		printf("this is father \n");
		close(fd[0]);
		write(fd[1],"hello child",strlen("hello child"));
		wait(NULL);
	}else{
		printf("thisi is child\n");
		close(fd[1]);
		read(fd[0],readBug,128);
		printf("child:%s\n",readBug);
		exit(0);
	}

	


	return 0;
}

二.FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。

• 1、特点 FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。

  FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中

• 原型:

#include 
// 返回值：成功返回0，出错返回-1
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。

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。

FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据，并且“先进先出”。
****创建命名管道FIFO****
```c
#include 
#include 
#include 
#include 


int main()
{
	if(mkfifo("./file1",0600)==-1){
		printf("create mkfifo filled!");
		if(errno==EEXIST){//errno用于表示最近一个函数调用是否产生了错误。若为0，则无错误，其它值均表示一类错误，errno等于EEXIST表示存在
			printf("mkfifo you");
		}
	}


	return 0;
}

write写端

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
	char writeBug[20]="chenhailong";
	int num=0;
	int fd;
	int data;

	fd=open("./file1",O_WRONLY);
	printf("write open succeess!\n");
	while(1){	
		data=write(fd,writeBug,strlen(writeBug));
		
		printf("write:%d:%s\n",data,writeBug);
		sleep(2);
		num++;
		if(num==5){
			break;
		}
	}
	close(fd);
	return 0;
}

read读端

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
	char readBug[20]={0};
	
	int fd;
	
	fd=open("./file1",O_RDONLY);
	printf("open success!\n");
	while(1){	
		int data=read(fd,readBug,20);
		printf("read:%d:%s\n",data,readBug);
	}
	close(fd);
	return 0;
}

三.消息队列

• 消息队列，顾名思义，想必看到的公共资源可能就是一种队列。这种队列满足数据结构里队列的特点：先进先出。消息对列提供了一个进程向另一个进程发送一块数据快的通信方法，注意，是以块为基本单位，前面的管道是以字节流为基本单位。每个数据块都被认为是由类型的。接收者进程接受数据块可以有不同的类型值，比如可以是结构体型。每个消息队列的最大长度是上限的(MSGMAX)，每个消息队列的总的字节数也是有上限的(MSGMNB),系统的消息队列总数也是有上线的(MSGMNI).

一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。每个消息队列都有一个队列头，用结构struct msg_queue来描述。队列头中包含了该消息队列的大量信息，包括消息队列键值、用户ID、组ID、消息队列中消息数目等等，甚至记录了最近对消息队列读写进程的ID。读者可以访问这些信息，也可以设置其中的某些信息。

结构msg_queue用来描述消息队列头，存在于内核空间：

 struct msg_queue {
    struct kern_ipc_perm q_perm;
    time_t q_stime;        /* last msgsnd time */
    time_t q_rtime;        /* last msgrcv time */
    time_t q_ctime;        /* last change time */
    unsigned long q_cbytes;    /* current number of bytes on queue */
    unsigned long q_qnum;      /* number of messages in queue */
    unsigned long q_qbytes;    /* max number of bytes on queue */
    pid_t q_lspid;          /* pid of last msgsnd */
    pid_t q_lrpid;          /* last receive pid */
    struct list_head q_messages;
    struct list_head q_receivers;
    struct list_head q_senders;

结构msqid_ds用来设置或返回消息队列的信息，存在于用户空间：

struct msqid_ds {
    struct ipc_perm msg_perm;
    struct msg *msg_first;      /* first message on queue,unused  */
    struct msg *msg_last;      /* last message in queue,unused */
    __kernel_time_t msg_stime;  /* last msgsnd time */
    __kernel_time_t msg_rtime;  /* last msgrcv time */
    __kernel_time_t msg_ctime;  /* last change time */
    unsigned long  msg_lcbytes; /* Reuse junk fields for 32 bit */
    unsigned long  msg_lqbytes; /* ditto */
    unsigned short msg_cbytes;  /* current number of bytes on queue */
    unsigned short msg_qnum;    /* number of messages in queue */
    unsigned short msg_qbytes;  /* max number of bytes on queue */
    __kernel_ipc_pid_t msg_lspid;  /* pid of last msgsnd */
    __kernel_ipc_pid_t msg_lrpid;  /* last receive pid */

下图说明了内核与消息队列是怎样建立起联系的：

其中：struct ipc_ids msg_ids是内核中记录消息队列的全局数据结构；struct msg_queue是每个消息队列的队列头。

从上图可以看出，全局数据结构 struct ipc_ids msg_ids 可以访问到每个消息队列头的第一个成员：struct kern_ipc_perm；而每个struct kern_ipc_perm能够与具体的消息队列对应起来是因为在该结构中，有一个key_t类型成员key，而key则唯一确定一个消息队列。 kern_ipc_perm结构如下：

struct kern_ipc_perm{  //内核中记录消息队列的全局数据结构msg_ids能够访问到该结构；
    key_t  key;    //该键值则唯一对应一个消息队列
    uid_t  uid;
    gid_t  gid;
    uid_t  cuid;
    gid_t  cgid;
    mode_t  mode;
    unsigned long seq;
};

ipc_perm结构体如下：

struct ipc_perm {
    key_t key;                        /* Key supplied to msgget() */
    uid_t uid;                         /* Effective UID of owner */
    gid_t gid;                        /* Effective GID of owner */
    uid_t cuid;                       /* Effective UID of creator */
    gid_t cgid;                      /* Effective GID of creator */
    unsigned short mode;    /* Permissions */
    unsigned short seq;       /* Sequence number */
};

1.特点

   1.消息队列是消息的链表,具有特定的格式,存放在内存中并由消息队列标识符标识.
   2.消息队列允许一个或多个进程向它写入与读取消息.
   3.管道和命名管道都是通信数据都是先进先出的原则。
   4.消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取.比FIFO更有优势。

2、函数原型

key_t ftok(char *pathname, char proj)；
  返回与路径pathname相对应的一个键值
  pathname：文件名（含路径）,通常设置为当前目录“.” 比如projid为'a',则为"./a"文件
  projid：项目ID，必须为非0整数（0-255）.
int msgget(key_t key, int flag); 
 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
 flag:
   IPC_CREAT:创建新的消息队列。
   IPC_EXCL:与IPC_CREAT一同使用，表示如果要创建的消息队列已经存在，则返回错误。
   IPC_NOWAIT:读写消息队列要求无法满足时，不阻塞
 
int msgsnd(int msqid,  struct msgbuf *msgp,  size_t msgsz,  int msgflag);
 添加消息：成功返回0，失败返回-1
 msqid:已打开的消息队列id
 msgp:存放消息的结构体指针。
 msgflag:函数的控制属性。
 消息结构msgbuf为:
 struct msgbuf
 {
    long mtype;//消息类型
    char mtext[1];//消息正文，消息数据的首地址，这个数据的最大长度为8012吧，又可把他看成是一个结构，也有类型和数据，recv时解析即可。
  }
 // msgsz:消息数据的长度。
 // msgflag:
 // IPC_NOWAIT: 指明在消息队列没有足够空间容纳要发送的消息时，msgsnd立即返回。
 // 0:msgsnd调用阻塞直到条件满足为止.（一般选这个）
 
 
int msgrcv(int msqid,  struct msgbuf *msgp,  size_t msgsz,  long msgtype,  int msgflag);
/*读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
msqid:已打开的消息队列id
    msgp:存放消息的结构体指针。msgp->mtype与第四个参数是相同的。
    msgsz:消息的字节数，指定mtext的大小。
    msgtype:消息类型，消息类型 mtype的值。如果为0，则接受该队列中的第一条信息，如果小于0，则接受小于该值的绝对值的消息类型，如果大于0，接受指定类型的消息，即该值消息。
    msgflag:函数的控制属性。
    msgflag:
        MSG_NOERROR:若返回的消息比nbytes字节多,则消息就会截短到nbytes字节,且不通知消息发送进程.
        IPC_NOWAIT:调用进程会立即返回.若没有收到消息则返回-1.
        0:msgrcv调用阻塞直到条件满足为止.
在成功地读取了一条消息以后，队列中的这条消息将被删除。*/
 
 
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
 /*控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
 msqid:消息队列ID，消息队列标识符，该值为msgget创建消息队列的返回值。
 cmd:
    IPC_STAT:将msqid相关的数据结构中各个元素的当前值存入到由buf指向的结构中.
    IPC_SET:将msqid相关的数据结构中的元素设置为由buf指向的结构中的对应值.
    IPC_RMID:删除由msqid指示的消息队列,将它从系统中删除并破坏相关数据结构.
 buf:消息队列缓冲区
 
以下两种情况下，msgget将创建一个新的消息队列：

 - 如果没有与键值key相对应的消息队列，并且flag中包含了IPC_CREAT标志位。
 - key参数为IPC_PRIVATE

。
函数msgrcv在读取消息队列时，type参数有下面几种情况：

 - type == 0，返回队列中的第一个消息；
 -  type > 0，返回队列中消息类型为 type 的第一个消息；
 -  type < 0，返回队列中消息类型值小于或等于 type 绝对值的消息，如果有多个，则取类型值最小的消息。

可以看出，type值非 0 时用于以非先进先出次序读消息。也可以把 type 看做优先级的权值。*/

例子：

//获取
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

struct msgbuf
{
    long mtype; //消息类型
    char mtext[128];// 消息数据的首地址
};

int main()
{
	struct msgbuf  readbuf;
	struct msgbuf sendbuf={977,"hello client!"};
	key_t key;
	key = ftok(".", 'z');
	printf("%x\n",key);
			
	int msgid=msgget(key,IPC_CREAT|0777);//创建或打开消息队列
	if(msgid==-1){
		printf("create fail!\n");
	}
	msgrcv(msgid,&readbuf,sizeof(readbuf.mtext),888,0);//读取消息
	printf("read succeess:%s\n",readbuf.mtext);

	msgsnd(msgid,&sendbuf,strlen(sendbuf.mtext),0);//添加消息
	printf("send succeess!!\n");

	msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);//移除消息队列的链表信息
	return 0;
}

//发送
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

struct msgbuf
{
    long mtype;
    char mtext[128];
};



int main()
{
	struct msgbuf  sendbuf={888,"chenhailong"};
	struct msgbuf  readbuf;
	key_t key;
        key = ftok(".", 'z');

	printf("%x\n",key);

    int msgid=msgget(key,IPC_CREAT|0777);//创建或打开消息队列

	if(msgid==-1){
		printf("create fail!\n");
	}
	msgsnd(msgid,&sendbuf,strlen(sendbuf.mtext),0);//添加消息
	printf("send success!!\n");

	msgrcv(msgid,&readbuf,sizeof(readbuf.mtext),977,0);//读取消息
	printf("read succeess:%s\n",readbuf.mtext);

	msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);//移除消息队列的链表信息

	return 0;
}

- 四.共享内存

• **共享内存（Shared Memory）**，指两个或多个进程共享一个给定的存储区。

• 1、特点 :

•       共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取。
        因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
        信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。
  

  2、函数原型

#include 
// 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1
int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
// 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1
void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
// 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1
int shmdt(void *addr);
// 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1
int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

当用shmget函数创建一段共享内存时，必须指定其 size；而如果引用一个已存在的共享内存，则将 size 指定为0 。

当一段共享内存被创建以后，它并不能被任何进程访问。必须使用shmat函数连接该共享内存到当前进程的地址空间，连接成功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。

shmdt函数是用来断开shmat建立的连接的。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。

shmctl函数可以对共享内存执行多种操作，根据参数 cmd 执行相应的操作。常用的是IPC_RMID（从系统中删除该共享内存）。

可通过ipcs -m指令来查看共享内存
例子：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


int main()
{
	key_t key;
	key=ftok(".",1);
	int shmid;
	char *shmaddr;
	shmid=shmget(key,1024*4,IPC_CREAT|0666);//创建或获取一个共享内存
	if(shmid==-1){
	
		printf("create failed!\n");
		exit(-1);
	}
	shmaddr=shmat(shmid,0,0);//连接共享内存到当前进程的地址空间
	printf("shmat succeess!\n");
	strcpy(shmaddr,"chenhailong");//写信息到共享内存
	printf("write succeess!\n");
	sleep(10);
	shmdt(shmaddr);// 断开与共享内存的连接
	shmctl(shmid,IPC_RMID,0);// 摧毁共享内存的相关信息 IPC_RMID摧毁
	printf("quit \n");
	return 0;
}

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


int main()
{
	key_t key;
	key=ftok(".",1);
	int shmid;
	char *shmaddr;
	shmid=shmget(key,1024*4,0);//创建或获取一个共享内存
	if(shmid==-1){
	
		printf("create failed!\n");
		exit(-1);
	}
	shmaddr=shmat(shmid,0,0);//连接共享内存到当前进程的地址空间
	printf("shmat succeess!\n");
	
	printf("read succeess!%s\n",shmaddr);
	
	shmdt(shmaddr);// 断开与共享内存的连接
	printf("quit! \n");	

	return 0;
}

- 五.信号

• 信号是一种事件通知机制，当接收到该信号的进程会执行相应的操作。

• 信号概述

信号的名字和编号：
每个信号都有一个名字和编号，这些名字都以“SIG”开头，例如“SIGIO ”、“SIGCHLD”等等。
信号定义在signal.h头文件中，信号名都定义为正整数。
具体的信号名称可以使用kill -l来查看信号的名字以及序号，信号是从1开始编号的，不存在0号信号。kill对于信号0又特殊的应用。
信号的名称
信号的处理：
信号的处理有三种方法，分别是：忽略、捕捉和默认动作

• 忽略信号，大多数信号可以使用这个方式来处理，但是有两种信号不能被忽略（分别是

• SIGKILL和SIGSTOP）。因为他们向内核和超级用户提供了进程终止和停止的可靠方法，如果忽略了，那么这个进程就变成了没人能管理的的进程，显然是内核设计者不希望看到的场景
  捕捉信号，需要告诉内核，用户希望如何处理某一种信号，说白了就是写一个信号处理函数，然后将这个函数告诉内核。当该信号产生时，由内核来调用用户自定义的函数，以此来实现某种信号的处理。

• 系统默认动作，对于每个信号来说，系统都对应由默认的处理动作，当发生了该信号，系统会自动执行。不过，对系统来说，大部分的处理方式都比较粗暴，就是直接杀死该进程。
  具体的信号默认动作可以使用man 7 signal来查看系统的具体定义。在此，我就不详细展开了，需要查看的，可以自行查看。也可以参考
  《UNIX 环境高级编程（第三部）》的 P251——P256中间对于每个信号有详细的说明。

信号编号：
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。
SIGINT：当用户按下了组合键时，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。
SIGQUIT：当用户按下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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
SIGSEGV：指示进程进行了无效内存访问。默认动作为终止进程并产生 core 文件。
SIGUSR2：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。
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。
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。
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。
SIGSTKFLT：Linux 早期版本出现的信号，现仍保留向后兼容。默认动作为终止进程。
SIGCHLD：子进程状态发生变化时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。
SIGCONT：如果进程已停止，则使其继续运行。默认动作为继续/忽略。
SIGSTOP：停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为暂停进程。
SIGTSTP：停止终端交互进程的运行。按下组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。
SIGTTIN：后台进程读终端控制台。默认动作为暂停进程。
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。
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。如网络带外数据到达，默认动作为忽略该信号。
SIGXCPU：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。
SIGXFSZ：超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。
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。
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。
SIGWINCH：窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。
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。
SIGPWR：关机。默认动作为终止进程。
SIGSYS：无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生 core 文件。

了解了信号的概述，那么，信号是如何来使用呢？

其实对于常用的 kill 命令就是一个发送信号的工具，kill 9 PID来杀死进程。比如，我在后台运行了一个 top 工具，通过 ps 命令可以查看他的 PID，通过 kill 9 来发送了一个终止进程的信号来结束了 top 进程。如果查看信号编号和名称，可以发现9对应的是 9) SIGKILL，正是杀死该进程的信号。而以下的执行过程实际也就是执行了9号信号的默认动作——杀死进程。

信号处理函数的注册
信号处理函数的注册不只一种方法，分为入门版和高级版

入门版：函数signal
高级版：函数sigaction
信号处理发送函数
信号发送函数也不止一个，同样分为入门版和高级版
1.入门版：kill
2.高级版：sigqueue

信号注册函数——入门版
在正式开始了解这两个函数之前，可以先来思考一下，处理中断都需要处理什么问题。
按照我们之前思路来看，可以发送的信号类型是多种多样的，每种信号的处理可能不一定相同，那么，我们肯定需要知道到底发生了什么信号。
另外，虽然我们知道了系统发出来的是哪种信号，但是还有一点也很重要，就是系统产生了一个信号，是由谁来响应？
如果系统通过 ctrl+c 产生了一个 SIGINT（中断信号），显然不是所有程序同时结束，那么，信号一定需要有一个接收者。对于处理信号的程序来说，接收者就是自己。

开始的时候，先来看看入门版本的信号注册函数，他的函数原型如下：
signal 的函数原型

#include 
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

根据函数原型可以看出由两部分组成，一个是真实处理信号的函数，另一个是注册函数了。
对于sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);函数来说，signum 显然是信号的编号，handler 是中断函数的指针。
同样，typedef void (*sighandler_t)(int);中断函数的原型中，有一个参数是 int 类型，显然也是信号产生的类型，方便使用一个函数来处理多个信号。我们先来看看简单一个信号注册的代码示例吧。

例子：

#include 
#include 

void handler(int signum)
{


	switch(signum){
	
		case 2:
			printf("SIGINT!\n");
			break;
		case 9:
			printf("SIGKILL!\n");
			break;
		case 10:
			printf("SIGUSR1!\n");
			break;
		
	}
	printf("nerver quit!\n");
}




int main()
{
	signal(SIGINT,handler);
	signal(SIGKILL,SIG_IGN);
	signal(SIGUSR1,handler);
	while(1);

	return 0;
}

我们先使用 kill 命令发送信号给之前所写的程序，关于这个命令，我们后面再谈。

简单的总结一下，我们通过 signal 函数注册一个信号处理函数，分别注册了两个信号（SIGIO 和 SIGUSER1）；随后主程序就一直“长眠”了。
通过 kill 命令发送信号之前，我们需要先查看到接收者，通过 ps 命令查看了之前所写的程序的 PID，通过 kill 函数来发送。
对于已注册的信号，使用 kill 发送都可以正常接收到，但是如果发送了未注册的信号，则会使得应用程序终止进程。

那么，已经可以设置信号处理函数了，信号的处理还有两种状态，分别是默认处理和忽略，这两种设置很简单，只需要将 handler 设置为 SIG_IGN（忽略信号）或 SIG_DFL（默认动作）即可。

信号发送函数——入门版

kill 的函数原型

#include 
#include 
int kill(pid_t pid, int sig);

正如我之前所说的，信号的处理需要有接受者，显然发送者必须要知道发给谁，根据 kill 函数的远行可以看到，pid 就是接受者的 pid，sig 则是发送的信号的类型。从原型来看，发送信号要比接受信号还要简单些，那么我们直接上代码吧~~！Show me the code!!!

#include 
#include 
#include 
#include 



int main(int argc,char **argv)
{
	char cmd[128]={0};
	int signum=atoi(argv[1]);
	int pid=atoi(argv[2]);
	sprintf(cmd,"kill -%d %d",signum,pid);//sprintf打印成一个字符串保存在cmd中
	system(cmd);

//	kill(pid,signum);



	return 0;
}

总结一下：
根据以上的结果可看到，基本可以实现了信号的发送，虽然不能直接发送信号名称，但是通过信号的编号，可以正常的给程序发送信号了，也是初步实现了信号的发送流程。

关于 kill 函数，还有一点需要额外说明，上面的程序限定了 pid 必须为大于0的正整数，其实 kill 函数传入的 pid 可以是小于等于0的整数。
pid > 0：将发送个该 pid 的进程
pid == 0：将会把信号发送给与发送进程属于同一进程组的所有进程，并且发送进程具有权限想这些进程发送信号。
pid < 0：将信号发送给进程组ID 为 pid 的绝对值得，并且发送进程具有权限向其发送信号的所有进程
pid == -1：将该信号发送给发送进程的有权限向他发送信号的所有进程。（不包括系统进程集中的进程）

信号注册函数——高级版

我们已经成功完成了信号的收发，那么为什么会有高级版出现呢？其实之前的信号存在一个问题就是，虽然发送和接收到了信号，可是总感觉少些什么，既然都已经把信号发送过去了，为何不能再携带一些数据呢？
正是如此，我们需要另外的函数来通过信号传递的过程中，携带一些数据。咱么先来看看发送的函数吧。

sigaction 的函数原型

#include 
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

struct sigaction {
   void       (*sa_handler)(int); //信号处理程序，不接受额外数据，SIG_IGN 为忽略，SIG_DFL 为默认动作
   void       (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信号处理程序，能够接受额外数据和sigqueue配合使用
   sigset_t   sa_mask;//阻塞关键字的信号集，可以再调用捕捉函数之前，把信号添加到信号阻塞字，信号捕捉函数返回之前恢复为原先的值。
   int        sa_flags;//影响信号的行为SA_SIGINFO表示能够接受数据
 };
//回调函数句柄sa_handler、sa_sigaction只能任选其一

这个函数的原版帮助信息，可以通过man sigaction来查看。

sigaction 是一个系统调用，根据这个函数原型，我们不难看出，在函数原型中，第一个参数signum应该就是注册的信号的编号；第二个参数act如果不为空说明需要对该信号有新的配置；第三个参数oldact如果不为空，那么可以对之前的信号配置进行备份，以方便之后进行恢复。

在这里额外说一下struct sigaction结构体中的 sa_mask 成员，设置在其的信号集中的信号，会在捕捉函数调用前设置为阻塞，并在捕捉函数返回时恢复默认原有设置。这样的目的是，在调用信号处理函数时，就可以阻塞默写信号了。在信号处理函数被调用时，操作系统会建立新的信号阻塞字，包括正在被递送的信号。因此，可以保证在处理一个给定信号时，如果这个种信号再次发生，那么他会被阻塞到对之前一个信号的处理结束为止。

sigaction 的时效性：当对某一个信号设置了指定的动作的时候，那么，直到再次显式调用 sigaction并改变动作之前都会一直有效。

关于结构体中的 flag 属性的详细配置，在此不做详细的说明了，只说明其中一点。如果设置为 SA_SIGINFO 属性时，说明了信号处理程序带有附加信息，也就是会调用 sa_sigaction 这个函数指针所指向的信号处理函数。否则，系统会默认使用 sa_handler 所指向的信号处理函数。在此，还要特别说明一下，sa_sigaction 和 sa_handler 使用的是同一块内存空间，相当于 union，所以只能设置其中的一个，不能两个都同时设置。

关于void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void );处理函数来说还需要有一些说明。void 是接收到信号所携带的额外数据；而struct siginfo这个结构体主要适用于记录接收信号的一些相关信息。

 siginfo_t {
               int      si_signo;    /* Signal number */
               int      si_errno;    /* An errno value */
               int      si_code;     /* Signal code */
               int      si_trapno;   /* Trap number that caused
                                        hardware-generated signal
                                        (unused on most architectures) */
               pid_t    si_pid;      /* Sending process ID */
               uid_t    si_uid;      /* Real user ID of sending process */
               int      si_status;   /* Exit value or signal */
               clock_t  si_utime;    /* User time consumed */
               clock_t  si_stime;    /* System time consumed */
               sigval_t si_value;    /* Signal value */
               int      si_int;      /* POSIX.1b signal */
               void    *si_ptr;      /* POSIX.1b signal */
               int      si_overrun;  /* Timer overrun count; POSIX.1b timers */
               int      si_timerid;  /* Timer ID; POSIX.1b timers */
               void    *si_addr;     /* Memory location which caused fault */
               int      si_band;     /* Band event */
               int      si_fd;       /* File descriptor */
}

其中的成员很多，si_signo 和 si_code 是必须实现的两个成员。可以通过这个结构体获取到信号的相关信息。
关于发送过来的数据是存在两个地方的，sigval_t si_value这个成员中有保存了发送过来的信息；同时，在si_int或者si_ptr成员中也保存了对应的数据。

那么，kill 函数发送的信号是无法携带数据的，我们现在还无法验证发送收的部分，那么，我们先来看看发送信号的高级用法后，我们再来看看如何通过信号来携带数据吧。

#include 
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);
union sigval {
   int   sival_int;
   void *sival_ptr;
 };

使用这个函数之前，必须要有几个操作需要完成

使用 sigaction 函数安装信号处理程序时，制定了 SA_SIGINFO 的标志。
sigaction 结构体中的 sa_sigaction 成员提供了信号捕捉函数。如果实现的时 sa_handler 成员，那么将无法获取额外携带的数据。
sigqueue 函数只能把信号发送给单个进程，可以使用 value 参数向信号处理程序传递整数值或者指针值。

sigqueue 函数不但可以发送额外的数据，还可以让信号进行排队（操作系统必须实现了 POSIX.1的实时扩展），对于设置了阻塞的信号，使用 sigqueue 发送多个同一信号，在解除阻塞时，接受者会接收到发送的信号队列中的信号，而不是直接收到一次。

但是，信号不能无限的排队，信号排队的最大值受到SIGQUEUE_MAX的限制，达到最大限制后，sigqueue 会失败，errno 会被设置为 EAGAIN。

接收端

#include 
#include 
#include 
#include 

void handler(int signum, siginfo_t *info, void *context)
{
	printf("get signum:%d\n",signum);
	if(context!=NULL){
	
		printf("get data:%d\n", info->si_int);
        printf("get data:%d\n", info->si_value.sival_int);//接收消息
		printf("from pid:%d\n",info->si_pid);//获取发送方的id
	}


}


int main()
{
	struct sigaction act;

	act.sa_sigaction=handler;

	act.sa_flags=SA_SIGINFO;//SA_SIGINFO能够获取消息
	printf("get pid:%d\n",getpid());//获取收方id
				//选择要忽略的信号
	sigaction(SIGUSR1,&act,NULL);
	while(1);

	return 0;
}

发送端

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char **argv)
{
	int signum;
	int pid;
			//atoi转换成整数
	signum=atoi(argv[1]);
	pid=atoi(argv[2]);

	printf("send id:%d\n",getpid());
	union sigval value;
	value.sival_int=100;//发送数据

	sigqueue(pid,signum,value);
	return 0;
}

六.信号量

信号量（semaphore）与已经介绍过的 IPC 结构不同，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

为了防止多个程序同时访问一个共享资源而引发的一系列问题，我们需要一种访问机制，它可以通过生成并使用令牌来授权，在同一时刻只能有一个线程访问代码的临界区域。

临界区域是指执行数据更新的代码需要独占式地执行。而信号量就可以提供这样的一种访问机制，让一个临界区同一时间只有一个线程在访问它，也就是说信号量是用来协调进程(线程)对共享资源的访问的。

只允许对它进行两个操作：

1)等待信号量
当信号量值为0时，程序等待；当信号量值大于0时，信号量减1，程序继续运行。
2)发送信号量
将信号量值加1。

1、特点
信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。

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。

每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。

支持信号量组。

2、原型
最简单的信号量是只能取 0 和 1 的变量，这也是信号量最常见的一种形式，叫做二值信号量（Binary Semaphore）。而可以取多个正整数的信号量被称为通用信号量。

Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。

#include 
// 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
// 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1
int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
// 控制信号量的相关信息
int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

当semget创建新的信号量集合时，必须指定集合中信号量的个数（即num_sems），通常为1； 如果是引用一个现有的集合，则将num_sems指定为 0 。

在semop函数中，sembuf结构的定义如下：

struct sembuf
{
    short sem_num; // 信号量组中对应的序号，0～sem_nums-1
    short sem_op;  // 信号量值在一次操作中的改变量
    short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
}

其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量：

若sem_op > 0，表示进程释放相应的资源数，将 sem_op 的值加到信号量的值上。如果有进程正在休眠等待此信号量，则换行它们。
若sem_op < 0，请求 sem_op 的绝对值的资源。
如果相应的资源数可以满足请求，则将该信号量的值减去sem_op的绝对值，函数成功返回。
当相应的资源数不能满足请求时，这个操作与sem_flg有关。 sem_flg
指定IPC_NOWAIT，则semop函数出错返回EAGAIN。 sem_flg
没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：

• 当相应的资源数可以满足请求，此信号量的semncnt值减1，该信号量的值减去sem_op的绝对值。成功返回；   
  此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；   
  进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，此情况下将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR
  

若sem_op == 0，进程阻塞直到信号量的相应值为0：
当信号量已经为0，函数立即返回。
如果信号量的值不为0，则依据sem_flg决定函数动作：
sem_flg指定IPC_NOWAIT，则出错返回EAGAIN。
sem_flg没有指定IPC_NOWAIT，则将该信号量的semncnt值加1，然后进程挂起直到下述情况发生：
信号量值为0，将信号量的semzcnt的值减1，函数semop成功返回；
此信号量被删除，函数smeop出错返回EIDRM；
进程捕捉到信号，并从信号处理函数返回，在此情况将此信号量的semncnt值减1，函数semop出错返回EINTR

在semctl函数中的命令有多种，这里就说两个常用的：

• SETVAL：用于初始化信号量为一个已知的值。所需要的值作为联合semun的val成员来传递。在信号量第一次使用之前需要设置信号量。
  IPC_RMID：删除一个信号量集合。如果不删除信号量，它将继续在系统中存在，即使程序已经退出，它可能在你下次运行此程序时引发 问题，而且信号量是一种有限的资源。

例子：就像一个房间，信号量相当于开门的钥匙，房间相当于连接资源（一次仅允许一个进程使用的资源；如：A进程正在使用临界资源，B进程就无法使用，等A进程完成后才行。）
在Linux中有许多的信号量集，
P操作：拿锁；V操作：放回锁；

例子：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

union semun {
        int              val;    /* Value for SETVAL */
        struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
        unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
        struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
                                           (Linux-specific) */
};

void pGetKey(int id)//拿锁
{
	struct sembuf set;
	set.sem_num=0;
	set.sem_op=-1;//拿到锁 锁-1
	set.sem_flg=SEM_UNDO;//SEM_UNDO让它等待
	semop(id,&set,1);
	printf("getKey\n");
}

void vPutBackKey(int id){//放锁
	struct sembuf set;
        set.sem_num=0;
        set.sem_op=1;//锁+1
        set.sem_flg=SEM_UNDO;
        semop(id,&set,1);
        printf("put back the key\n");

}

int main()
{
	key_t key;
	key=ftok(".",1);
	int semid;
	int pid;
	union semun initsem;
			//信号量集合中有一个信号量
	semid=semget(key,1,IPC_CREAT|0666);//获取/创建信号量
	
	initsem.val=0;a//初始化没有锁
		    //操作第0个信号量
	semctl(semid,0,SETVAL,initsem);	//初始化信号量
			//SETVAL设置信号量的值，设置为initsem
	pid=fork();

	if(pid>0){
		//拿锁
		pGetKey(semid);
		printf("this is father\n");
		vPutBackKey(semid);//把锁放回去
		semctl(semid,0,IPC_RMID);//删除信号集
	}else if(pid==0){
	
		printf("this is child \n");
		vPutBackKey(semid);//把锁放回去
	}else{
	
		printf("create fork  fail\n");
	}

	return 0;
}

共享内存和信号量

   #include
   #include
   #include
  
   // 联合体，用于semctl初始化
   union semun
   {
      int              val; /*for SETVAL*/
      struct semid_ds *buf;
      unsigned short  *array;
   };
  
  // 初始化信号量
  int init_sem(int sem_id, int value)
  {
      union semun tmp;
      tmp.val = value;
      if(semctl(sem_id, 0, SETVAL, tmp) == -1)
     {
        perror("Init Semaphore Error");
        return -1;
     }
     return 0;
  }

  // P操作:
  //    若信号量值为1，获取资源并将信号量值-1 
  //    若信号量值为0，进程挂起等待
 int sem_p(int sem_id)
  {
      struct sembuf sbuf;
      sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
      sbuf.sem_op = -1; /*P操作*/
      sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;

    if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
      {
          perror("P operation Error");
          return -1;
      }
      return 0;
 }
 
  // V操作：
  //    释放资源并将信号量值+1
  //    如果有进程正在挂起等待，则唤醒它们
  int sem_v(int sem_id)
 {
      struct sembuf sbuf;
      sbuf.sem_num = 0; /*序号*/
      sbuf.sem_op = 1;  /*V操作*/
      sbuf.sem_flg = SEM_UNDO;
 
     if(semop(sem_id, &sbuf, 1) == -1)
      {
          perror("V operation Error");
          return -1;
      }
      return 0;
 }
 
 // 删除信号量集
  int del_sem(int sem_id)
 {
    union semun tmp;
    if(semctl(sem_id, 0, IPC_RMID, tmp) == -1)
      {
         perror("Delete Semaphore Error");
         return -1;
    }
     return 0;
  }
 
 
  int main()
  {
     int sem_id;  // 信号量集ID
     key_t key;  
     pid_t pid;
  
      // 获取key值
    if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
     {
        perror("ftok error");
        exit(1);
      }
 
    // 创建信号量集，其中只有一个信号量
     if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
     {
        perror("semget error");
         exit(1);
    }
 
     // 初始化：初值设为0资源被占用
     init_sem(sem_id, 0);
 
     if((pid = fork()) == -1)
        perror("Fork Error");
     else if(pid == 0) /*子进程*/ 
    {
        sleep(2);
        printf("Process child: pid=%d\n", getpid());
        sem_v(sem_id);  /*释放资源*/
     }
     else  /*父进程*/
     {
         sem_p(sem_id);   /*等待资源*/
         printf("Process father: pid=%d\n", getpid());
         sem_v(sem_id);   /*释放资源*/
         del_sem(sem_id); /*删除信号量集*/
    }
     return 0;
 }