进程

进程与线程

1-进程的基本概念

进程有四种状态，运行态，就绪态，睡眠态，停止态
进程是程序的一次运行，运行内存有系统分配

父进程与子进程之间的关系，与其他进程的关系都是一样的，平等的，进行进程间通信

进程的不同线程的关系可不是这样的。进程可以由多个线程组成，这称之为多线程程序，他们之间的关系就好比你的大脑与四肢和身体其他部分的关系一样。大脑就是主线程，其他部分就是子线程。子线程由主线程派生，而依附于主线程。主线程一旦over，进程就over了，其他子线程更是over了。他们的内存和数据都是同一份，没有进行隔离（既方便，也危险），不需要额外的通信函数。

应用程序加载到内存空间执行时，操作系统负责代码段、数据段和BSS段的加载，并在内存中为这些段分配空间。栈也由操作系统分配和管理；堆由程序员自己管理，即显式地申请和释放空间

图片.png

分段的好处：
进程运行过程中，代码指令根据流程依次执行，只需访问一次(当然跳转和递归可能使代码执行多次)；而数据(数据段和BSS段)通常需要访问多次，因此单独开辟空间以方便访问和节约空间。具体解释如下：

当程序被装载后，数据和指令分别映射到两个虚存区域。数据区对于进程而言可读写，而指令区对于进程只读。两区的权限可分别设置为可读写和只读。以防止程序指令被有意或无意地改写。

进程是PCB（进程控制块）---task struct

标识符：描述本进程的唯一标识符，用来区别其他进程的。
状态：任务状态，退出代码，推出信号等。
上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据。
程序计数器：记录每个进程下一次要进行的指令的地址。
优先级：相对于其他进程的优先级。
文件的状态信息
记账信息。

fork 创建进程:
对于父进程来说，fork()的返回值是子进程的pid
对于子进程来说，fork()的返回值是0

进程的状态：

R（running）运行态：并不意味着程序一定在运行中，它表明进程要么在运行中要么在运行队列里。
S（sleeping）可中断的休眠（浅度睡眠）
D（disk sleep）不可被中断的休眠，只能通过指定的方式--->唤醒（深度睡眠）
T（stopped）停止的状态
t（tracing stop）追踪状态
X（dead）死亡状态
Z（zombie）僵死态

进程优先级：
其实进程的优先级最后等于PRI（New） = PRI（Old）+ nice (所以当nice的值是负数的时候，优先级越高)。 PRI越小，越早执行。

nice:可以指定进程（还没有运行起来的进程）的优先级。（nice -n 你要设置的nice值程序）nice -n -10 ./test
renice:也可以指定进程（已经运行起来的进程）的优先级。（renice 你要设置的nice值 -p 进程的id）renice -10 -p 5200

进程地址空间：
首先它是一个线性的地址空间。（进程的虚拟地址空间）
内存地址就是对内存的一个编号，一个地址指向内存的一个位置。
例子：

#include
#include
int val = 100;
int main()
{
        pid_t pid = fork();
        if(pid < 0)
        {
                return -1;
        }
        else if(pid == 0)
        {
                val = 200;//在子进程中修改val的值，然后查看父进程中的val的值是否改变
                printf("child val:%d----%p\n",val);//在子进程中打印val的值和地址，
        }
        else
        {
                sleep(3);//这里让父进程先睡三秒，让子进程先执行。
                printf("parent val:%d----%p\n", val);//在子进程中打印val的值和地址，查看与父进程中的val和地址有什么区别。
        }
        return 0;
}

执行结果：

child val:200----0x601048
parent val:100----0x601048

1.变量的内容不一样，代表父进程和子进程输出的变量绝对不是同一个变量
2.地址一样，代表该地址一定不是物理地址。

写时复制技术：
假设有一个全局变量，那么在物理内存中就有一段空间来存放这个全局变量，如果父子进程不修改这个全局变量的话，那么父子进程的虚拟地址空间通过页表都指向同一块物理空间。如果父子进程修改这个全局变量的话，虚拟内存的地址不变，但是在物理内存空间会重新分配一块内存来保存你父子进程修改后的数据，并更新页表，这样也就是为什么你发现父子进程中一个变量它的虚拟地址相同但是值不同原因。

其实进程的地址空间是一个虚拟的地址，并不是物理内存的地址。
其实虚拟地址和物理地址直接有一个页表的存在。
页表：
1.记录虚拟地址与物理地址之间的映射关系。
2.内存的访问控制（记录了属性的信息，比如：记录了该代码段是只读或者是只写的）。

图片.png

2-进程与线程关系

早期没有线程的概念，进程是拥有资源和独立运行的最小单位，也是程序执行的最小单位。任务调度采用的是时间片轮转的抢占式调度方式，而进程是任务调度的最小单位，每个进程有各自独立的一块内存，使得各个进程之间内存地址相互隔离。

后来，随着计算机的发展，对CPU的要求越来越高，进程之间的切换开销较大，已经无法满足越来越复杂的程序的要求了。于是就发明了线程，线程是程序执行中一个单一的顺序控制流程，是程序执行流的最小单元，是处理器调度和分派的基本单位。一个进程可以有一个或多个线程，各个线程之间共享程序的内存空间(也就是所在进程的内存空间)。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针PC，寄存器和堆栈组成。而进程由内存空间(代码，数据，进程空间，打开的文件)和一个或多个线程组成。
进程与线程的区别

线程是程序执行的最小单位，而进程是操作系统分配资源的最小单位；
一个进程由一个或多个线程组成，线程是一个进程中代码的不同执行路线
进程之间相互独立，但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段，数据集，堆等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号等)，某进程内的线程在其他进程不可见；
调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多

2-进程间的通信机制

1-管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；

2-信号（Signal）：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数）；

3-报文（Message）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

4-共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。

5-信号量（semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

6-套接口（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。

各种通信方式的比较和优缺点

管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯
FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢
消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题
信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步
共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存

2.1 管道

无名管道实际上是内存中的一个临时存储区，它由系统安全控制，并且独立于创建它的进程的内存区。管道对数据采用先进先出方式管理，并严格按顺序操作，例如不能对管道进行搜索，管道中的信息只能读一次。
无名管道只能用于两个相互协作的进程之间的通信，并且访问无名管道的进程必须有共同的祖先，父子进程间可以使用。

管道是特殊文件，存在内存中。

系统提供了许多标准管道库函数，如：
pipe()——打开一个可以读写的管道；
close()——关闭相应的管道；
read()——从管道中读取字符；
write()——向管道中写入字符；
有名管道的操作和无名管道类似，不同的地方在于使用有名管道的进程不需要具有共同的祖先，其它进程，只要知道该管道的名字，就可以访问它。管道非常适合进程之间快速交换信息。

例子无名管道：
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。

图片.png

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

#include
#include
int main()
{
    int fd[2];  // 两个文件描述符
    pid_t pid;
    char buff[20];

    if(pipe(fd) < 0)  // 创建管道 
        printf("Create Pipe Error!\n");

    if((pid = fork()) < 0)  // 创建子进程
        printf("Fork Error!\n");
    else if(pid > 0)  // 父进程 
    {
        close(fd[0]); // 关闭读端
        write(fd[1], "hello world\n", 12);
     }  else  {
        close(fd[1]); // 关闭写端
        read(fd[0], buff, 20);
        printf("%s", buff);
    }
    return 0;
}

上面的例子结果输出了helloworld

例子 FIFO 有名管道：
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”。
进程READ

#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
    int fd;
    int len;
    char buf[1024];

    if(mkfifo("fifo1", 0666) < 0 && errno!=EEXIST) // 创建FIFO管道
        perror("Create FIFO Failed");

    if((fd = open("fifo1", O_RDONLY)) < 0)  // 以读打开FIFO
    {
        perror("Open FIFO Failed");
        exit(1);
    }

    while((len = read(fd, buf, 1024)) > 0) // 读取FIFO管道
        printf("Read message: %s", buf);

    close(fd);  // 关闭FIFO文件
    return 0;
}

进程WRITE

#include
#include   // exit
#include    // O_WRONLY
#include
#include     // time
int main()
{
    int fd;
    int n, i;
    char buf[1024];
    time_t tp;

    printf("I am %d process.\n", getpid()); // 说明进程ID

    if((fd = open("fifo1", O_WRONLY)) < 0) // 以写打开一个FIFO
    {
        perror("Open FIFO Failed");
        exit(1);
    }

    for(i=0; i<10; ++i)
    {
        time(&tp);  // 取系统当前时间
        n=sprintf(buf,"Process %d's time is %s",getpid(),ctime(&tp));
        printf("Send message: %s", buf); // 打印
        if(write(fd, buf, n+1) < 0)  // 写入到FIFO中
        {
            perror("Write FIFO Failed");
            close(fd);
            exit(1);
        }
        sleep(1);  // 休眠1秒
    }
    close(fd);  // 关闭FIFO文件
    return 0;
}

输出结果：

#./write_fifo
I am 5954 process.
Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015
Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015
Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015
Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015
Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015
Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015
Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015
Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015
Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015
Send message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015

#./read_fifo
Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:28 2015
Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:29 2015
Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:30 2015
Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:31 2015
Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:32 2015
Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:33 2015
Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:34 2015
Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:35 2015
Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:36 2015
Read message: Process 5954's time is Mon Apr 20 12:37:37 2015

上述例子可以扩展成客户进程—服务器进程通信的实例，write_fifo的作用类似于客户端，可以打开多个客户端向一个服务器发送请求信息，read_fifo类似于服务器，它适时监控着FIFO的读端，当有数据时，读出并进行处理，但是有一个关键的问题是，每一个客户端必须预先知道服务器提供的FIFO接口，下图显示了这种安排：

图片.png

测试中，如果启动两个write ,一个read, 可能读取到数据次序是不对的，实际测试验证

2.2 信号
信号机制是UNIX为进程中断处理而设置的。它只是一组预定义的值，因此不能用于信息交换，仅用于进程中断控制。例如在发生浮点错、非法内存访问、执行无效指令、某些按键（如ctrl-c、del等）等都会产生一个信号，操作系统就会调用有关的系统调用或用户定义的处理过程来处理。

信号处理的系统调用是signal，调用形式是：signal(signalno,action)
其中，signalno是规定信号编号的值，action指明当特定的信号发生时所执行的动作。

例子1: 处理僵尸进程章节使用信号机制pthread介绍
例子2：

#include 
#include 
#include 
#include 
 
void sig_handler(int num){
    if(num == SIGINT){
        printf("receive the SIGINT: %d\n", num);
    }
    else if (num == SIGQUIT){
        printf("recevie the SIGQUIT: %d\n", num);
    }
}
 
int main()
{
    signal(SIGINT, sig_handler);
    signal(SIGQUIT, sig_handler);
    printf("enter to the while.\n");
    while(1){
        sleep(1);
    }
 
    exit(0);
}

按下Ctrl+c发出中断信号，也就是发出SIGINT信号；按下Ctirl+\发出退出信号，也就是发出SIGQUIT信号；如果想退出程序，按下Ctrl+z强制退出
执行结果：

enter to the while.
^Creceive the SIGINT: 2
^Creceive the SIGINT: 2
^\recevie the SIGQUIT: 3
^\recevie the SIGQUIT: 3
^Z
[1]+  Stopped                 ./a.out

更多详细信号相关
REF:https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/10176422.html

2.3 消息队列（MQ)
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（即队列ID）来标识。

消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。
消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。
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。

消息队列的每条消息由类型编号来分类，这样接收进程可以选择读取特定的消息类型——这一点与管道不同。消息队列在创建后将一直存在，直到使用msgctl系统调用或iqcrm -q命令删除它为止。

// 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
int msgget(key_t key, int flag);

// 添加消息：成功返回0，失败返回-1
int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);

// 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);

// 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

在以下两种情况下，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：
服务端程序一直在等待特定类型的消息，当收到该类型的消息以后，发送另一种特定类型的消息作为反馈，客户端读取该反馈并打印出来
Server 端

#include 
#include 
#include 
// 用于创建一个唯一的key
#define MSG_FILE "/etc/passwd"

// 消息结构
struct msg_form {
    long mtype;
    char mtext[256];
};

int main()
{
    int msqid;
    key_t key;
    struct msg_form msg;

    // 获取key值
    if((key = ftok(MSG_FILE,'z')) < 0)
    {
        perror("ftok error");
        exit(1);
    }

    // 打印key值
    printf("Message Queue - Server key is: %d.\n", key);

    // 创建消息队列
    if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
    {
        perror("msgget error");
        exit(1);
    }

    // 打印消息队列ID及进程ID
    printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
    printf("My pid is: %d.\n", getpid());

    // 循环读取消息
    for(;;)
    {
        msgrcv(msqid, &msg, 256, 888, 0);// 返回类型为888的第一个消息
        printf("Server: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
        printf("Server: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);

        msg.mtype = 999; // 客户端接收的消息类型
        sprintf(msg.mtext, "hello, I'm server %d", getpid());
        msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);
    }
    return 0;
}

client 端：

#include 
#include 
#include 
// 用于创建一个唯一的key
#define MSG_FILE "/etc/passwd"

// 消息结构
struct msg_form {
    long mtype;
    char mtext[256];
};

int main()
{
    int msqid;
    key_t key;
    struct msg_form msg;

    // 获取key值
    if ((key = ftok(MSG_FILE, 'z')) < 0)
    {
        perror("ftok error");
        exit(1);
    }

    // 打印key值
    printf("Message Queue - Client key is: %d.\n", key);

    // 打开消息队列
    if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
    {
        perror("msgget error");
        exit(1);
    }

    // 打印消息队列ID及进程ID
    printf("My msqid is: %d.\n", msqid);
    printf("My pid is: %d.\n", getpid());

    // 添加消息，类型为888
    msg.mtype = 888;
    sprintf(msg.mtext, "hello, I'm client %d", getpid());
    msgsnd(msqid, &msg, sizeof(msg.mtext), 0);

    // 读取类型为999的消息
    msgrcv(msqid, &msg, 256, 999, 0);
    printf("Client: receive msg.mtext is: %s.\n", msg.mtext);
    printf("Client: receive msg.mtype is: %d.\n", msg.mtype);
    return 0;
}

测试结果:
Server 端：

Message Queue - Server key is: 2046954447.
My msqid is: 0.
My pid is: 24698.

Server: receive msg.mtext is: hello, I'm client 24701.
Server: receive msg.mtype is: 888.

Client 端：

Message Queue - Client key is: 2046954447.
My msqid is: 0.
My pid is: 24701.
Client: receive msg.mtext is: hello, I'm server 24698.
Client: receive msg.mtype is: 999.

2.4共享存储段（SM）
共享存储段是主存的一部分，它由一个或多个独立的进程共享。各进程的数据段与共享存储段相关联，对每个进程来说，共享存储段有不同的虚拟地址。系统提供的有关SM的系统调用有：

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg) shmflg:IPC_CREAT|IPC_EXCL
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg) 把共享内存区对象映射到调用进程的地址空间
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf)——对SM的控制操作；
SM的大小只受主存限制，SM段的访问及进程间的信息交换可以通过同步读写来完成。同步通常由信号灯来实现。SM非常适合进程之间大量数据的共享。

例子：共享内存，子子进程11 与父进程通信
父进程
----》子进程1----》子子进程11

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(void)
{
        int shmid = 0;
        int *shmbuf = NULL;

        if((shmid = shmget(777, sizeof(int), 0666 | IPC_CREAT)) < 0) {
                perror("shmget");
                exit(-1);
        }
        if((shmbuf = shmat(shmid, NULL, 0)) < 0) {
                perror("shmat");
                exit(-1);
        }

        if(0 == fork()) {
                if(0 == fork()) {
                        printf("I'm the child of child1. my pid = %d, pid_father = %d\n", getpid(), getppid());
                        *shmbuf = getpid();
                } else {
                        printf("I'm child1. my pid = %d, pid_father = %d, pid_my_child = %d\n", getpid(), getppid(), wait(NULL));
                }
        } else {
                printf("I'm father. my pid = %d, pid_my_child = %d, ", getpid(), wait(NULL));
                printf("pid_child_of_child1 = %d\n", *shmbuf);

                if(shmdt(shmbuf) < 0) {
                        perror("shmdt");
                        exit(-1);
                }
                if(shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) < 0) {
                        perror("shmctl");
                        exit(-1);
                }
        }
        return 0;
}

结果输出：

I'm the child of child1. my pid = 17521, pid_father = 17520
I'm child1. my pid = 17520, pid_father = 17519, pid_my_child = 17521
I'm father. my pid = 17519, pid_my_child = 17520, pid_child_of_child1 = 17521

2.5 信号量（semaphore)
2.5.1 线程中使用信号量
头文件semaphore.h。允许多个进程进入临界区。
主要用到的函数：
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value); 其中sem是要初始化的信号量，pshared表示此信号量是在进程间共享还是线程间共享，value是信号量的初始值。
int sem_destroy(sem_t *sem);,其中sem是要销毁的信号量。只有用sem_init初始化的信号量才能用sem_destroy销毁。
int sem_wait(sem_t *sem);等待信号量，如果信号量的值大于0,将信号量的值减1,立即返回。如果信号量的值为0,则线程阻塞。相当于P操作。成功返回0,失败返回-1
int sem_post(sem_t *sem); 释放信号量，让信号量的值加1。相当于V操作。

无名信号量不能用进程间通信，用于线程间通信;
有名信号量可用于进程和线程，但一般用于进程。
linux中，sem_init的第二个参数必须为0，表示线程间通信。
例子：

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

sem_t bin_sem;
void *thread_function1(void *arg)
{
    printf("thread_function1--------------sem_wait\n");
    sem_wait(&bin_sem);   
    sleep(1);
    printf("thread_function1 sem_wait\n");

    while (1) { }
}

void *thread_function2(void *arg)
{
    printf("thread_function2--------------sem_post\n");
    sem_post(&bin_sem);

    printf("thread_functions2 sem_post\n");

    while (1){}
}

int main()
{
   int res;
   pthread_t a_thread;
   void *thread_result;

   res = sem_init(&bin_sem, 0, 0);

   if (res != 0)
   {
       perror("Semaphore initialization failed");
   }
   printf("main sem_init\n");
   res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function1, NULL);

   if (res != 0)
   {
       perror("Thread creation failure");
   }
   printf("main thread_function1\n");
   sleep (5);
   printf("main sleep\n");
   res = pthread_create(&a_thread, NULL, thread_function2, NULL);
   
   if (res != 0)
   {
       perror("Thread creation failure");
   }

   while (1) { }
}

运行结果:
gcc sem_test.c -lpthread

main sem_init
main thread_function1
thread_function1--------------sem_wait
main sleep
thread_function2--------------sem_post
thread_functions2 sem_post
thread_function1 sem_wait

2.5.2 进程中使用信号量
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。

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。

// 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
}

备注1-其中 sem_op 是一次操作中的信号量的改变量：
备注1.1 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。
备注1.2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

备注1.3 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

备注2-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。

#include
#include
#include  // shared memory
#include  // semaphore
#include  // message queue
#include   // memcpy

// 消息队列结构
struct msg_form {
    long mtype;
    char mtext;
};

// 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;
}

// 创建一个信号量集
int creat_sem(key_t key)
{
    int sem_id;
    if((sem_id = semget(key, 1, IPC_CREAT|0666)) == -1)
    {
        perror("semget error");
        exit(-1);
    }
    init_sem(sem_id, 1);  /*初值设为1资源未占用*/
    return sem_id;
}

int main()
{
    key_t key;
    int shmid, semid, msqid;
    char *shm;
    char data[] = "this is server";
    struct shmid_ds buf1;  /*用于删除共享内存*/
    struct msqid_ds buf2;  /*用于删除消息队列*/
    struct msg_form msg;  /*消息队列用于通知对方更新了共享内存*/

    // 获取key值
    if((key = ftok(".", 'z')) < 0)
    {
        perror("ftok error");
        exit(1);
    }

    // 创建共享内存
    if((shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT|0666)) == -1)
    {
        perror("Create Shared Memory Error");
        exit(1);
    }

    // 连接共享内存
    shm = (char*)shmat(shmid, 0, 0);
    if((int)shm == -1)
    {
        perror("Attach Shared Memory Error");
        exit(1);
    }


    // 创建消息队列
    if ((msqid = msgget(key, IPC_CREAT|0777)) == -1)
    {
        perror("msgget error");
        exit(1);
    }

    // 创建信号量
    semid = creat_sem(key);

    // 读数据
    while(1)
    {
        msgrcv(msqid, &msg, 1, 888, 0); /*读取类型为888的消息*/
        if(msg.mtext == 'q')  /*quit - 跳出循环*/
            break;
        if(msg.mtext == 'r')  /*read - 读共享内存*/
        {
            sem_p(semid);
            printf("%s\n",shm);
            sem_v(semid);
        }
    }
    // 断开连接
    shmdt(shm);
    /*删除共享内存、消息队列、信号量*/
    shmctl(shmid, IPC_RMID, &buf1);
    msgctl(msqid, IPC_RMID, &buf2);
    del_sem(semid);
    return 0;
}

2.6-套接口
套接字( socket ) ：套接口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信
有关例子请参考下面连接
之前写过socket 文章，参考基本原理部分
参考：https://www.jianshu.com/p/33e03c7eaa1d
other: https://www.jb51.net/article/127352.htm

REF：
https://blog.csdn.net/hunter___/article/details/82906540
https://blog.csdn.net/ksaila/article/details/83794568
https://www.cnblogs.com/qianqiannian/p/7010909.html

select:
https://blog.csdn.net/dashoumeixi/article/details/85255073
https://www.cnblogs.com/Anker/p/3265058.html

pthread create:
https://blog.csdn.net/yetyongjin/article/details/7673837

进程

1-进程的基本概念

2-进程与线程关系

2-进程间的通信机制

你可能感兴趣的:(进程)