IO进程学习笔记
【1】标准IO
定义
在C库中定义的一组专门用于输入输出的函数
特点
1.通过缓冲机制减少系统调用的次数，提高效率。
2.围绕流进行操作的，流用FILE *描述，FILE是结构体，保存文件的属性信息。
3.默认打开了三个流，stdin(标准输入)、stdout(标准输出)、stderr(标准错误)
缓冲区
全缓存：和文件相关
刷新缓存的条件：
1.程序正常退出
2.缓存区满刷新
3.fflush强制刷新
行缓存：和终端相关
刷新缓存的条件：
1.程序正常退出
2.\n刷新
3.缓冲区满刷新
4.fflush强制刷新
不缓存：没有缓存区，标准错误
计算标准输出的缓存区大小：
printf(“\n”);//调用输出
printf(“%d”,stdout->_IO_buf_end-stdout->_IO_buf_base);
函数接口
打开文件-读写文件-关闭文件
打开文件
FILE *fopen(const char *path,const char *mode);
功能：打开文件
参数：path:打开文件的路径
mode:打开方式
r 只读，流被定位到文件开头
r+ 可读可写，流被定位到开头
w 只写，文件不存在创建，存在清空，流被定位到文件开头
w+ 可读可写，文件不存在创建，存在清空，流被定位到文件开头
a 追加，文件不存在创建，存在追加，流被定位到文件末尾
a+ 可读可写，文件不存在创建，存在追加；第一次读文件时流被定位到文件开头，写始终在末尾
读写文件
1.每次一个字符的读取
int fgetc(FILE *stream)
功能：从文件中读取一个字符
参数：stream：文件流
返回值：
成功：读到字符的ASCII码
失败或读到文件末尾：EOF
int fputc(int c,FILE *stream)
功能：向文件中写入一个字符
参数：c：要写的字符
stream：文件流
返回值：成功：写的字符的ASCII
失败：EOF
练习：编程实现cat功能。cat 文件名
代码：
#include 补充
int feof(FILE *stream);
功能：判断文件有没有到达结尾
返回：到达结尾，返回非零值
int ferror(FILE *stream);
功能：检测文件有没有出错
返回：文件出错，返回非零值
2.每次一串字符的读写
char * fgets(char*s ,int size,FILE *stream);
功能：从文件中每次读取一行字符串
参数：
s：存取字符串的地址
size：一次读取的字符个数
stream：文件流
返回值：
成功：s的地址
失败或读到文件末尾：NULL
特性：每次实际读到的字符个数为size-1，会在末尾自动添加\0，遇到\n结束一次读
int fputs(const char *s,FILE *stream);
功能：向文件中写字符串
参数：
s：要写的内容
stream：文件流
返回值：
成功：非负整数
失败：EOF
练习：编程实现wc -l命令功能。计算文件行数
#include 3.二进制数据读写
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
功能：从文件流读取多个元素
参数：
ptr ：用来存放读取元素
size ：元素大小 sizeof(数据类型)
nmemb ：读取对象的个数
stream ：要读取的文件
返回值：
成功：读取对象的个数
读到文件尾： 0
失败： -1
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
功能：按对象写
参数：同上
返回值：
成功：写的元素个数
失败 ：-1
Fread和fwrite函数注意：
1）两个函数的返回值为：读或写的对象数
2）对于二进制数据我们更愿意一次读或写整个结构。
文件定位操作
void rewind(FILE *stream);
功能：将文件位置指针定位到起始位置
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
功能：文件的定位操作
参数：
stream：文件流
offset：偏移量：正数表示向后文件尾部偏移，负数表示向文件开头偏移
whence：相对位置：
SEEK_SET:相对于文件开头
SEEK_CUR:相对于文件当前位置
SEEK_END:相对于文件末尾
返回值：
成功：0
失败：-1
注：当打开文件的方式为a或a+时，fseek不起作用
long ftell(FILE *stream);
功能：获取当前的文件位置
参数：要检测的文件流
返回值：
成功：当前的文件位置
出错：-1
fseek(fp, 0, SEEK_SET); ==> rewind(fp);
重定向打开文件
FILE * freopen(const char *pathname, const char *mode, FILE* fp)
功能：将指定的文件流重定向到打开的文件中
参数：path：文件路径
mode：打开文件的方式（同fopen）
fp：文件流指针
返回值：
成功：返回文件流指针
失败：NULL
关闭文件
int fclose(FILE* stream);
功能：关闭文件
参数：stream：文件流
作业：
题目要求：编程读写一个文件test.txt，每隔1秒向文件中写入一行数据，类似这样：
1, 2007-7-30 15:16:42
2, 2007-7-30 15:16:43
该程序应该无限循环，直到按Ctrl-C中断程序。
再次启动程序写文件时可以追加到原文件之后，并且序号能够接续上次的序号，比如：
1, 2007-7-30 15:16:42
2, 2007-7-30 15:16:43
3, 2007-7-30 15:19:02
4, 2007-7-30 15:19:03
5, 2007-7-30 15:19:04
注：
time(); //获取系统当前时间，单位秒，从当前时间到1970.1.1
time_t time(time_t *tloc); //*tloc = 时间, return 时间;
time_t t;
time(&t); //t = time(NULL);
localtime();//将时间秒数转换成年月日时分秒格式
struct tm *localtime(const time_t *timep);
struct tm *tm;
tm = localtime();
fprintf();
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
功能：将字符串输出到文件中
sprintf();
int sprintf(char *str, const char *format, ...);
功能：将字符串存储在数组中
#include 练习：编程实现“head -n 文件名”的功能
思路：打开文件，循环读文件，当读到文件末尾时循环结束，将文件内容输出到终端，计算文件行数，和n进行比较，如果相等循环结束。
argv[1] : “-11”,
argv[1]+1：“11”, 将其转换成整数“11” – > 11, atoi(“11”) --> 11
#include 【2】文件IO
概念
定义
在posix(可移植操作系统接口)中定义的一组用于输入输出的函数
特点
1）没有缓冲机制，每次操作都引起系统调用
2）围绕文件描述符进行操作，文件描述符是非负整数(>=0),顺序分配
3）默认打开三个文件描述符：0(标准输入)、1(标准输出)、2(标准错误)
4）可以操作任意类型的文件，除目录
函数接口
打开文件-读写文件-关闭文件-定位操作
打开文件
int open(const char *pathname, int flags);
功能：打开文件
参数：
pathname：文件路径名
flags：打开文件的方式
O_RDONLY：只读
O_WRONLY:只写
O_RDWR：可读可写
O_CREAT:创建
O_TRUNC：清空
O_APPEND：追加
返回值：
成功：文件描述符
失败：-1
当第二个参数中有O_CREAT选项时，需要给open函数传递第三个参数，指定创建文件的权限
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
创建出来的文件权限为指定权限值&(~umask) //umask为文件权限掩码
| 标准IO | 文件IO |
|---|---|
| r | O_RDONLY |
| r+ | O_RDWR |
| w | O_WRONLY\O_CREAT\O_TRUNC,0666 |
| w+ | O_RDWR\O_CREAT\O_TRUNC,0666 |
| a | O_WRONLY\O_CREAT\O_APPEND,0666 |
| a+ | O_RDWR\O_CREAT\O_APPEND,0666 |
读写文件
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
功能：从一个已打开的可读文件中读取数据
参数：
fd 文件描述符
buf 存放位置
count 期望的个数
返回值：
成功：实际读到的个数
返回-1：表示出错,并设置errno号
返回0：表示读到文件结尾
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
功能：向指定文件描述符中，写入 count个字节的数据。
参数：
fd 文件描述符
buf 要写的内容
count 期望值
返回值：
成功：实际写入数据的个数
失败 ： -1
关闭文件
int close(int fd);
功能：关闭文件
参数：fd：文件描述符
文件定位
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
功能：设定文件的偏移位置
参数：fd：文件描述符
offset偏移量
正数：向文件结尾位置移动
负数：向文件开始位置
whence 相对位置
SEEK_SET 开始位置
SEEK_CUR 当前位置
SEEK_END 结尾位置
返回值：
成功：文件的当前位置
失败：-1
标准IO和文件IO的对比
| 标准IO | 文件IO | |
|---|---|---|
| 定义 | C库中定义的一组输入输出函数 | posix中定义的一组输入输出的函数 |
| 特点 | 有缓冲机制 围绕流进行操作 默认打开三个流：stdin、stdout、stderr 只能操作普通文件 |
无缓冲机制 围绕文件描述符操作 默认打开三个文件描述符：0/1/2 除目录外可以操作任意类型文件 |
| 函数 |
练习：编程实现cp命令功能。(使用文件IO)
如：cp 源文件 新文件
#include 文件属性获取
int stat(const char *path, struct stat *buf);
功能：获取文件属性
参数：
path：文件路径名
buf：保存文件属性信息的结构体
返回值：
成功：0
失败：-1
struct stat {
ino_t st_ino; /* inode号 */
mode_t st_mode; /* 文件类型和权限 */
nlink_t st_nlink; /* 硬链接数 */
uid_t st_uid; /* 用户ID */
gid_t st_gid; /* 组ID */
off_t st_size; /* 大小 */
time_t st_atime; /* 最后访问时间 */
time_t st_mtime; /* 最后修改时间 */
time_t st_ctime; /* 最后状态改变时间 */
};
判断文件类型
判断文件权限
检测一下今天学的吧！
编程实现“ls -l 文件名”命令的功能
#include 目录操作
DIR *opendir(const char *name);
功能：获得目录流
参数：要打开的目录
返回值：
成功：目录流
失败：NULL
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
功能：读目录
参数：要读的目录流
返回值：
成功：读到的信息
失败或读到目录结尾：NULL
返回值为结构体，该结构体成员为描述该目录下的文件信息
struct dirent {
ino_t d_ino; /* 索引节点号*/
off_t d_off; /*在目录文件中的偏移*/
unsigned short d_reclen; /* 文件名长度*/
unsigned char d_type; /* 文件类型 */
char d_name[256]; /* 文件名 */
};
int closedir(DIR *dirp);
功能：关闭目录
参数：dirp：目录流
练习：实现ls命令功能。不显示隐藏文件
#include 库
库
源文件：xx.c 包含main函数的.c、包含子函数的.c
头文件：xx.h 函数声明、头文件、结构体/共用体/枚举定义、typedef、define
库文件：如下
1.库的定义
当使用别人的函数时除了包含头文件以外还要有库
库：就是把一些常用函数的目标文件打包在一起，提供相应函数的接口，便于程序员使用；本质上来说库是一种可执行代码的二进制形式
由于windows和linux的本质不同，因此二者库的二进制是不兼容的
2.库的分类
静态库和动态库，本质区别是代码被载入时刻不同。
1） 静态库在程序编译时会被连接到目标代码中。
优点：程序运行时将不再需要该静态库；运行时无需加载库，运行速度更快
缺点：静态库中的代码复制到了程序中，因此体积较大；
静态库升级后，程序需要重新编译链接
2） 动态库是在程序运行时才被载入代码中。
优点：程序在执行时加载动态库，代码体积小；
程序升级更简单；
不同应用程序如果调用相同的库，那么在内存里只需要有一份该共享库的实例。
缺点：运行时还需要动态库的存在，移植性较差
3.静态库制作
1-将源文件编译生成目标文件
gcc -c add.c -o add.o
2-创建静态库用ar命令，它将很多.o转换成.a
ar crs libmyadd.a add.o
静态库文件名的命名规范是以lib为前缀，紧接着跟静态库名，扩展名为.a
3-测试使用静态库：
gcc main.c -L. -lmyadd // -L指定库的路径 -l指定库名
执行./a.out
4.动态库制作
1-我们用gcc来创建共享库
gcc -fPIC -c hello.c -o hello.o
-fPIC 创建与地址无关的编译程序
gcc -shared -o libmyhello.so hello.o
2-测试动态库使用
gcc main.c -L. -lmyhello
可以正常编译通过，但是运行时报错./a.out: error while loading shared libraries: libmyadd.so: cannot open shared object file: No such file or directory
原因：当加载动态库时，系统会默认从/lib或/usr/lib路径下查找库文件
解决方法（有三种）：
(1)把库拷贝到/usr/lib和/lib目录下。(此方法编译时不需要指定库的路径)
(2)在LD_LIBRARY_PATH环境变量中加上库所在路径。
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:.
（终端关闭，环境变量就没在了）
(3) 添加/etc/ld.so.conf.d/*.conf文件。把库所在的路径加到文件末尾，并执行ldconfig刷新
sudo vi xx.conf
添加动态库存在的路径,如：
/home/hq/teach/22092/day3/dynamic
补充：
库默认的查找路径：/lib 或 /usr/lib
头文件默认的查找路径：/usr/include
#include :从系统路径下查找
#include “head.h” :从当前路径下查找
gcc编译选项：
-L路径：指定库的路径
-I路径：(i大写)指定头文件的路径
-l库名：(L小写)指定库文件
当头文件不在当前路径下时，两种解决方法：
1.gcc main.c -I头文件路径
2.将头文件存放在系统路径下/usr/include
进程
【1】概念
1. 程序和进程区别
程序：编译好的可执行文件
存放在磁盘上的指令和数据的有序集合（文件）
程序是静态的，没有任何执行的概念
进程：一个独立的可调度的任务
执行一个程序所分配的资源的总称
进程是程序的一次执行过程
进程是动态的，包括创建、调度、执行和消亡
2. 特点
1）系统会为每个进程分配0-4g的虚拟空间，0-3g是用户空间，每个进程独有，3g-4g是内核空间，所有进程共享
2）系统为每个进程分配时间片(几毫秒~几十毫秒),当一个进程时间片用完时，CPU调度另一个进程，从而实现进程调度的切换
3.进程段
Linux中的进程包含三个段：
“数据段”存放的是全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间(如malloc函数取得的空间)等。
“正文段”存放的是程序中的代码
“堆栈段”存放的是函数的返回地址、函数的参数以及程序中的局部变量
4. 进程分类
交互进程：该类进程是由shell控制和运行的。交互进程既可以在前台运行，也可以在后台运行。该类进程经常与用户进行交互，需要等待用户的输入，当接收到用户的输入后，该类进程会立刻响应，典型的交互式进程有：shell命令进程、文本编辑器等
批处理进程：该类进程不属于某个终端，它被提交到一个队列中以便顺序执行。
守护进程：该类进程在后台运行。它一般在Linux启动时开始执行，系统关闭时才结束。
5. 进程状态
1）运行态（TASK_RUNNING）：R
指正在被CPU运行或者就绪的状态。这样的进程被成为runnning进程。
2）睡眠态(等待态)：
可中断睡眠态（TASK_INTERRUPTIBLE）S：处于等待状态中的进程，一旦被该进程等待的资源被释放，那么该进程就会进入运行状态。
不可中断睡眠态（TASK_UNINTERRUPTIBLE）D：该状态的进程只能用wake_up()函数唤醒。
3）暂停态（TASK_STOPPED）:T
当进程收到信号SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU时就会进入暂停状态。可向其发送SIGCONT信号让进程转换到可运行状态。
4）死亡态：进程结束 X
5）僵尸态：Z 当进程已经终止运行，但还占用系统资源，要避免僵尸态的产生
6. 进程状态切换图
进程创建后，进程进入就绪态，当CPU调度到此进程时进入运行态，当时间片用完时，此进程会进入就绪态，如果此进程正在执行一些IO操作(阻塞操作)会进入阻塞态，完成IO操作（阻塞结束）后又可进入就绪态，等待CPU的调度，当进程运行结束即进入结束态。
【2】函数接口
1.创建子进程
pid_t fork(void);
功能：创建子进程
返回值：
成功：在父进程中：返回子进程的进程号 >0
在子进程中：返回值为0
失败：-1并设置errno
特点：
1）子进程几乎拷贝了父进程的全部内容。包括代码、数据、系统数据段中的pc值、栈中的数据、父进程中打开的文件等；但它们的PID、PPID是不同的。
2）父子进程有独立的地址空间，互不影响；当在相应的进程中改变全局变量、静态变量，都互不影响。
3）若父进程先结束，子进程成为孤儿进程，被init进程收养，子进程变成后台进程。
4）若子进程先结束，父进程如果没有及时回收，子进程变成僵尸进程（要避免僵尸进程产生）
killall a.out
2. 回收进程资源
pid_t wait(int *status);
功能：回收子进程资源，阻塞函数，等待子进程退出后结束阻塞
参数：status：子进程退出状态，不接受子进程状态设为NULL
返回值：成功：回收的子进程的进程号
失败：-1
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：回收子进程资源
参数：
pid：>0 指定子进程进程号
=-1 任意子进程
=0 等待其组ID等于调用进程的组ID的任一子进程
<-1 等待其组ID等于pid的绝对值的任一子进程
status：子进程退出状态
options：0：阻塞
WNOHANG：非阻塞
返回值：
正常：结束的子进程的进程号
当使用选项WNOHANG且没有子进程结束时：0
出错：-1
3. 结束进程
void exit(int status);
功能：结束进程，刷新缓存
void _exit(int status);
功能：结束进程，不刷新缓存
参数：status是一个整型的参数，可以利用这个参数传递进程结束时的状态。
通常0表示正常结束；
其他的数值表示出现了错误，进程非正常结束
exit和return区别：
exit：不管在子函数还是主函数，都可以结束进程
return：当子函数中有return时返回到函数调用位置，并不结束进程
作业：通过父子进程完成对文件的拷贝(cp)，父进程从文件开始到文件的一半开始拷贝，子进程从文件的一半到文件末尾。要求：文件IO
#include 4.获取进程号
pid_t getpid(void);
功能：获取当前进程的进程号
pid_t getppid(void);
功能：获取当前进程的父进程号
exec函数族--了解
【3】守护进程
1. 特点：守护进程是后台进程；生命周期比较长，从系统启动时开启，系统关闭时结束；它是脱离控制终端且周期执行的进程。
2. 步骤：
1） 创建子进程，父进程退出
让子进程变成孤儿进程，成为后台进程；fork()
2） 在子进程中创建新会话
让子进程成为会话组组长，为了让子进程完全脱离终端；setsid()
3） 改变进程运行路径为根目录
原因进程运行的路径不能被删除或卸载；chdir("/")
4） 重设文件权限掩码
目的：增大进程创建文件时权限，提高灵活性；umask(0)
5） 关闭文件描述符
将不需要的文件关闭；close()
练习：创建一个守护进程，循环间隔1s向当前路径下任意文件中写入一串字符“hello”
#include 线程
【1】概念
1.定义：
是一个轻量级的进程，为了提高系统的性能引入线程
Linux里同样用task_struct来描述一个线程。
线程和进程都参与统一的调度。
在同一个进程中创建的线程共享该进程的地址空间。
2. 进程和线程区别（重点）：
共性：都为操作系统提供了并发执行能力
不同点：
调度和资源：线程是系统调度的最小单位，进程是资源分配的最小单位
地址空间方面：同一个进程创建的多个线程共享进程的资源；进程的地址空间相互独立
通信方面：线程通信相对简单，只需要通过全局变量可以实现，但是需要考虑临界资源访问的问题；进程通信比较复杂，需要借助进程间的通信机制(借助3g-4g内核空间)
安全性方面：线程安全性差一些，当进程结束时会导致所有线程退出；进程相对安全
【2】函数接口
创建线程
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr,
void *(*start_routine) (void *), void *arg);
功能：创建线程
参数：thread：线程标识
attr：线程属性， NULL：代表设置默认属性
start_routine：函数名：代表线程函数
arg：用来给前面函数传参
返回值：成功：0
失败：错误码
退出线程
int pthread_exit(void *value_ptr)
功能：用于退出线程的执行
参数：value_ptr：线程退出时返回的值
返回值：成功 ： 0
失败：errno
线程回收
int pthread_join(pthread_t thread, void **value_ptr)
功能：用于等待一个指定的线程结束，阻塞函数
参数：thread：创建的线程对象
value_ptr：指针*value_ptr指向线程返回的参数
返回值：成功 ： 0
失败：errno
练习：主线程循环从终端输入数据，子线程循环将数据打印到终端，当输入quit时程序结束。
#include 线程同步
1.概念：
同步(synchronization)指的是多个任务(线程)按照约定的顺序相互配合完成一件事情
2.同步机制：
通过信号量实现线程间同步。
信号量：由信号量来决定线程是继续运行还是阻塞等待，信号量代表某一类资源，其值表示系统中该资源的数量
信号量是一个受保护的变量，只能通过三种操作来访问：初始化、Ｐ操作(申请资源)、Ｖ操作(释放资源)
信号量的值为非负整数
3.特性：
P操作：
当信号量的值大于0时，可以申请到资源，申请资源后信号量的值减1
当信号量的值等于0时，申请不到资源，函数阻塞
V操作：
不阻塞，执行到释放操作，信号量的值加1
4.函数接口
int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value)
功能：初始化信号量
参数：sem：初始化的信号量对象
pshared：信号量共享的范围(0: 线程间使用 非0:1进程间使用)
value：信号量初值
返回值：成功 0
失败 -1
int sem_wait(sem_t *sem)
功能：申请资源 P操作
参数：sem：信号量对象
返回值：成功 0
失败 -1
注：此函数执行过程，当信号量的值大于0时，表示有资源可以用，则继续执行，同时对信号量减1；当信号量的值等于0时，表示没有资源可以使用，函数阻塞
int sem_post(sem_t *sem)
功能：释放资源 V操作
参数：sem：信号量对象
返回值：成功 0
失败 -1
注：释放一次信号量的值加1，函数不阻塞
线程互斥
1. 概念
临界资源：一次仅允许一个进程所使用的资源
临界区：指的是一个访问共享资源的程序片段
互斥：多个线程在访问临界资源时，同一时间只能一个线程访问
互斥锁：通过互斥锁可以实现互斥机制，主要用来保护临界资源，每个临界资源都由一个互斥锁来保护，线程必须先获得互斥锁才能访问临界资源，访问完资源后释放该锁。如果无法获得锁，线程会阻塞直到获得锁为止。
2. 函数接口
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, pthread_mutexattr_t *attr)
功能：初始化互斥锁
参数：mutex：互斥锁
attr: 互斥锁属性 // NULL表示缺省属性
返回值：成功 0
失败 -1
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)
功能：申请互斥锁
参数：mutex：互斥锁
返回值：成功 0
失败 -1
注：和pthread_mutex_trylock区别：pthread_mutex_lock是阻塞的；pthread_mutex_trylock不阻塞，如果申请不到锁会立刻返回
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)
功能：释放互斥锁
参数：mutex：互斥锁
返回值：成功 0
失败 -1
int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex)
功能：销毁互斥锁
参数：mutex：互斥锁
3. 死锁:
是指两个或两个以上的进程/线程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去
死锁产生的四个必要条件
1、互斥使用，即当资源被一个线程使用(占有)时，别的线程不能使用
2、不可抢占，资源请求者不能强制从资源占有者手中夺取资源，资源只能由资源占有者主动释放。
3、请求和保持，即当资源请求者在请求其他的资源的同时保持对原有资源的占有。
4、循环等待，即存在一个等待队列：P1占有P2的资源，P2占有P3的资源，P3占有P1的资源。这样就形成了一个等待环路。
注意：当上述四个条件都成立的时候，便形成死锁。当然，死锁的情况下如果打破上述任何一个条件，便可让死锁消失。
条件变量
和互斥锁搭配使用，实现同步机制
pthread_cond_init:初始化
pthread_cond_wait：阻塞等待条件产生，没有条件产生时阻塞，同时解锁，当条件产生时结束阻塞，再次上锁
pthread_mutex_lock(); //上锁
pthread_cond_wait(cond, lock); //如果没有条件产生时，解锁，当等待到条件产生时，上锁
pthread_cond_signal：产生条件，不阻塞
pthread_cond_wait先执行，pthread_cond_signal再产生条件
函数接口
int pthread_cond_init(pthread_cond_t *restrict cond,const pthread_condattr_t *restrict attr);
功能：初始化条件变量
参数：cond：是一个指向结构pthread_cond_t的指针
restrict attr：是一个指向结构pthread_condattr_t的指针，一般设为NULL
返回值：成功：0 失败：非0
int pthread_cond_wait(pthread_cond_t *restrict cond, pthread_mutex_t *restrict mutex);
功能：等待信号的产生
参数：restrict cond：要等待的条件
restrict mutex：对应的锁
返回值：成功：0，失败：不为0
注：当没有条件产生时函数会阻塞，同时会将锁解开；如果等待到条件产生，函数会结束阻塞同时进行上锁。
int pthread_cond_signal(pthread_cond_t *cond);
功能：给条件变量发送信号
参数：cond：条件变量值
返回值：成功：0，失败：非0
注：必须等待pthread_cond_wait函数先执行，再产生条件才可以
int pthread_cond_destroy(pthread_cond_t *cond);
功能：将条件变量销毁
参数：cond：条件变量值
返回值：成功：0， 失败：非0
进程间通信
【1】进程间通信方式
1）早期的进程间通信：
无名管道、有名管道、信号
2）systerm V IPC：
共享内存、消息队列、信号灯集
3）BSD：
套接字
【2】无名管道
特点
a. 只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信
b. 半双工的通信模式，具有固定的读端和写端
c. 管道可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写可以使用文件IO如read、write函数.
d. 管道是基于文件描述符的通信方式。当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符
fd[0]和fd[1]。其中fd[0]固定用于读管道，而fd[1]固定用于写管道。
函数接口
int pipe(int fd[2])
功能：创建无名管道
参数：文件描述符 fd[0]：读端 fd[1]:写端
返回值：成功 0
失败 -1
注意事项
a. 当管道中无数据时，读操作会阻塞；
管道中无数据，将写端关闭，读操作会立即返回
b. 管道中装满（管道大小64K）数据写阻塞，一旦有4k空间，写继续
c. 只有在管道的读端存在时，向管道中写入数据才有意义。否则，会导致管道破裂，向管道中写入数据的进程将收到内核传来的SIGPIPE信号 (通常Broken pipe错误)。
作业：通过无名管道实现父子进程间通信。
父进程：循环从终端输入数据，子进程：循环将数据输出；当输入quit事程序结束
#include 【有名管道】
特点
a. 有名管道可以使互不相关的两个进程互相通信。
b. 有名管道可以通过路径名来指出，并且在文件系统中可见，但内容存放在内存中。
c. 进程通过文件IO来操作有名管道
d. 有名管道遵循先进先出规则
e. 不支持如lseek() 操作
函数接口
int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
功能：创健有名管道
参数：filename：有名管道文件名
mode：权限
返回值：成功：0
失败：-1，并设置errno号
注意对错误的处理方式：
如果错误是file exist时，注意加判断，如：if(errno == EEXIST)
注：函数只是在路径下创建管道文件，往管道中写的数据依然写在内核空间。
注意事项
a. 只写方式，写阻塞，一直到另一个进程把读打开
b. 只读方式，读阻塞，一直到另一个进程把写打开
c. 可读可写，如果管道中没有数据，读阻塞；
步骤：
创建有名管道
打开管道文件
读写文件
练习：通过有名管道实现文件复制。
要求：两个进程，一个进程读源文件，另一个进程写新文件
read.c -> ./r 源文件
write.c -> ./w 新文件
read.c
#include write.c
#include 有名管道和无名管道的区别：
| 无名管道 | 有名管道 | |
|---|---|---|
| 应用场景 | 具有亲缘关系的进程间 | 互不相关的两个进程间 |
| 特点 | 半双工通信方式，有固定读端和写端，通过文件描述符操作 | 在路径中存在管道文件，遵循先进先出，不支持lseek |
| 读写特性 | 管道中没有数据时，读阻塞 管道中写满数据时，写阻塞 |
只写方式打开文件，写阻塞 只读方式打开文件，读阻塞 |
| 函数及操作方式 | pipe(int fd[2] ) 文件IO的read/write |
mkfifo(“fifo”, 0666); 文件IO的open/read/write/close |
【信号】
1. 概念
1）信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种 异步通信方式
2）信号可以直接进行用户空间进程和内核进程之间的交互，内核进程也可以利用它来通知用户空间进程发生了哪些系统事件。
3）如果该进程当前并未处于执行态，则该信号就由内核保存起来，直到该进程恢复执行再传递给它；如果一个信号被进程设置为阻塞，则该信号的传递被延迟，直到其阻塞被取消时才被传递给进程。
2. 信号的响应方式
1）忽略信号：对信号不做任何处理，但是有两个信号不能忽略：即SIGKILL及SIGSTOP。
2）捕捉信号：定义信号处理函数，当信号发生时，执行相应的处理函数。
3）执行缺省操作：Linux对每种信号都规定了默认操作
3. 信号种类
SIGKILL：结束进程，不能被忽略不能被捕捉
SIGSTOP：结束进程，不能被忽略不能被捕捉
SIGCHLD：子进程状态改变时给父进程发的信号,不会结束进程
SIGINT：结束进程，对应快捷方式ctrl+c
SIGTSTP：暂停信号，对应快捷方式ctrl+z
SIGQUIT：退出信号，对应快捷方式ctrl+\
SIGALRM：闹钟信号，alarm函数设置定时，当到设定的时间时，内核会向进程发送此信号结束进程。
SIGTERM：结束终端进程，kill 使用时不加数字默认是此信号
4. 函数接口
int kill(pid_t pid, int sig);
功能：信号发送
参数：pid：指定进程
sig：要发送的信号
返回值：成功 0
失败 -1
int raise(int sig);
功能：进程向自己发送信号
参数：sig：信号
返回值：成功 0
失败 -1
int pause(void);
功能：用于将调用进程挂起，直到收到信号为止。
#include
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
功能：信号处理函数
参数：signum：要处理的信号
handler：信号处理方式
SIG_IGN：忽略信号
SIG_DFL：执行默认操作
handler：捕捉信号 void handler(int sig){} //函数名可以自定义
返回值：成功：设置之前的信号处理方式
失败：-1
练习：父子进程，父进程收到SIGINT信号，打印hello同时给子进程发送SIGUSR1信号，当子进程收到SIGUSR1时，打印world，最后退出。
#include 【消息队列】
1. 特点：
消息队列是IPC对象的一种
消息队列由消息队列ID来唯一标识
消息队列就是一个消息的列表。用户可以在消息队列中添加消息、读取消息等。
消息队列可以按照类型来发送/接收消息
2. 步骤：
1）产生key值ftok
2）创建或打开消息队列
3）添加消息：按照类型把消息添加到已打开的消息队列末尾
4）读取消息：可以按照类型把消息从消息队列中取走
5）删除消息队列
3. 操作命令
ipcs -q ：查看消息队列
ipcrm -q msgid ：删除消息队列
4. 函数接口
key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
功能：产生一个独一无二的key值
参数：
Pathname：已经存在的可访问文件的名字
Proj_id：一个字符（因为只用低8位）
返回值：成功：key值
失败：-1
int msgget(key_t key, int flag);
功能：创建或打开一个消息队列
参数： key值
flag：创建消息队列的权限IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
返回值：成功：msgid
失败：-1
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t size, int flag);
功能：添加消息
参数：msqid：消息队列的ID
msgp：指向消息的指针。常用消息结构msgbuf如下：
struct msgbuf{
long mtype; //消息类型
char mtext[N]}； //消息正文
size：发送的消息正文的字节数
flag：IPC_NOWAIT消息没有发送完成函数也会立即返回
0：直到发送完成函数才返回
返回值：成功：0
失败：-1
使用：msgsnd(msgid, &msg,sizeof(msg)-sizeof(long), 0)
注意：消息结构除了第一个成员必须为long类型外，其他成员可以根据应用的需求自行定义。
int msgrcv(int msgid, void* msgp, size_t size, long msgtype, int flag);
功能：读取消息
参数：msgid：消息队列的ID
msgp：存放读取消息的空间
size：接受的消息正文的字节数
msgtype：0：接收消息队列中第一个消息。
大于0：接收消息队列中第一个类型为msgtyp的消息.
小于0：接收消息队列中类型值不小于msgtyp的绝对值且类型值又最小的消息。
flag：0：若无消息函数会一直阻塞
IPC_NOWAIT：若没有消息，进程会立即返回ENOMSG
返回值：成功：接收到的消息的长度
失败：-1
int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );
功能：对消息队列的操作，删除消息队列
参数：msqid：消息队列的队列ID
cmd：
IPC_STAT：读取消息队列的属性，并将其保存在buf指向的缓冲区中。
IPC_SET：设置消息队列的属性。这个值取自buf参数。
IPC_RMID：从系统中删除消息队列。
buf：消息队列缓冲区
返回值：成功：0
失败：-1
用法：msgctl（msgid, IPC_RMID, NULL）
作业：
- 用信号的知识实现司机和售票员问题。
1）售票员捕捉SIGINT（代表开车）信号，向司机发送SIGUSR1信号，司机打印（let’s gogogo）
2）售票员捕捉SIGQUIT（代表停车）信号，向司机发送SIGUSR2信号，司机打印（stop the bus）
3）司机捕捉SIGTSTP（代表到达终点站）信号，向售票员发送SIGUSR1信号，售票员打印（please get off the bus）
4）司机等待售票员下车，之后司机再下车。
#include 练习：通过消息队列实现进程间通信。
一个进程从终端输入设备名称及操作。
另一个进程根据指令打印对应的提示信息。
msg_send.c
#include msg_recv.c
#include 共享内存
1. 特点
1）共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存，
而不需要任何数据的拷贝
2）为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区，可以由
需要访问的进程将其映射到自己的私有地址空间
3）进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的拷贝，从而大大提高的效率。
4）由于多个进程共享一段内存，因此也需要依靠某种同步机制，如互斥锁和信号量等
2. 步骤
a. 创建key值
b. 创建或打开共享内存
c. 映射共享内存到用户空间
d. 撤销映射
e. 删除共享内存
3. 函数接口
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
功能：创建或打开共享内存
参数：
key 键值
size 共享内存的大小
shmflg IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777
返回值：成功 shmid
出错 -1
void *shmat(int shmid,const void *shmaddr,int shmflg);
功能：映射共享内存，即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问
参数：
shmid 共享内存的id号
shmaddr 一般为NULL，表示由系统自动完成映射
如果不为NULL，那么有用户指定
shmflg：SHM_RDONLY就是对该共享内存只进行读操作
0 可读可写
返回值：成功：完成映射后的地址，
出错：-1的地址
用法：if((p = (char *)shmat(shmid，NULL,0)) == (char *)-1)
int shmdt(const void *shmaddr);
功能：取消映射
参数：要取消的地址
返回值：成功0
失败的-1
int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);
功能：(删除共享内存)，对共享内存进行各种操作
参数：
shmid 共享内存的id号
cmd IPC_STAT 获得shmid属性信息，存放在第三参数
IPC_SET 设置shmid属性信息，要设置的属性放在第三参数
IPC_RMID:删除共享内存，此时第三个参数为NULL即可
返回：成功0
失败-1
用法：shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);
4. 命令
ipcs -m: 查看系统中的共享内存
ipcrm -m shmid：删除共享内存
练习：通过共享内存实现进程通信。一个进程循环输入，另一个进程循环输出。
shm-s.c
#include shm-r.c
#include 信号灯集
1. 特点：
信号灯(semaphore)，也叫信号量。它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制；System V的信号灯是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。而Posix信号灯指的是单个计数信号灯。
通过信号灯集实现共享内存的同步操作
2. 步骤：
1） 创建或打开信号灯集：semget
2） 初始化信号灯：semctl
3） PV操作:semop
4） 删除信号灯集:semctl
3. 命令：
ipcs -s:查看信号灯集
ipcrm -s semid：删除信号灯集
4. 函数接口
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：创建/打开信号灯
参数：key：ftok产生的key值
nsems：信号灯集中包含的信号灯数目
semflg：信号灯集的访问权限，通常为IPC_CREAT |0666
返回值：成功：信号灯集ID
失败：-1
int semop ( int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops);
功能：对信号灯集合中的信号量进行PV操作
参数：semid：信号灯集ID
opsptr:操作方式
nops: 要操作的信号灯的个数 1个
返回值：成功 ：0
失败：-1
struct sembuf {
short sem_num; // 要操作的信号灯的编号
short sem_op; // 0 : 等待，直到信号灯的值变成0
// 1 : 释放资源，V操作
// -1 : 分配资源，P操作
short sem_flg; // 0（阻塞）,IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
};
用法：
申请资源 P操作：
mysembuf.sem_num = 0;
mysembuf.sem_op = -1;
mysembuf.sem_flg = 0;
semop(semid, &mysembuf, 1);
释放资源 V操作：
mysembuf.sem_num = 0;
mysembuf.sem_op = 1;
mysembuf.sem_flg = 0;
semop(semid, &mysembuf, 1);
int semctl ( int semid, int semnum, int cmd…/*union semun arg*/);
功能：信号灯集合的控制（初始化/删除）
参数：semid：信号灯集ID
semnum: 要操作的集合中的信号灯编号
cmd：
GETVAL：获取信号灯的值，返回值是获得值
SETVAL：设置信号灯的值，需要用到第四个参数：共用体
IPC_RMID：从系统中删除信号灯集合
返回值：成功 0
失败 -1
用法：初始化：
union semun{
int val; //信号灯的初值
}mysemun;
mysemun.val = 10;
semctl(semid, 0, SETVAL, mysemun);
获取信号灯值：函数semctl(semid, 0, GETVAL)的返回值
删除信号灯集：semctl(semid, 0, IPC_RMID);
作业：将信号灯集加入共享内存代码，实现同步操作。
如下功能：
两个进程实现通信，一个进程循环终端输入，另一个进程循环打印，当输入quit时结束
comm_snd.c
#include comm_rcv.c
#include