【Linux系统编程】Linux多进程开发-进程间通信
进程间通信***
- 进程是一个独立的资源分配单元，不同进程（这里所说的进程通常指的是用户进程）之间的资源是独立的，没有关联。不能在一个进程中直接访问另一个进程的资源。
- 但是，进程不是孤立的，不同的进程需要进行信息的交互和状态的传递等，因此需要进程间通信(IPC: Inter Processes Communication)。
- 进程间通信的目的：
- 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。
- 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)。
- 资源共享：多个进程之间共享同样的资源。为了做到这一点，需要内核提供互斥和同步机制。
- 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。
Linux进程间通信的方式：
（还有内存映射）
匿名管道
- 管道也叫无名（匿名）管道，是UNIX系统IPC（进程间通信）的最古老形式，所有的UNIX系统都支持这种通信机制。
- 统计一个目录中文件的数目命令: ls | wc -l，为了执行该命令, shell 创建了两个进程来分别执行 ls 和 wc。
特点：
-
管道：一个在内核内存中维护的缓冲器，这个缓冲器的存储能力是有限的，不同的操作系统大小不一定相同。
-
管道拥有文件的特质：读操作、写操作
- 匿名管道：没有文件实体(有关系的进程间：父子进程等)
- 有名管道：有文件实体，但不存储数据。可以按照操作文件的方式对管道进行操作。(没有关系的进程间)
-
一个管道是一个字节流，使用管道时不存在消息或者消息边界的概念，从管道读取数据的进程可以读取任意大小的数据块，而不管写入进程写入管道的数据块的大小是多少。
-
通过管道传递的数据是顺序的，从管道中读取出来的字节的顺序和它们被写入管道的顺序是完全一致的。
-
在管道中的数据的传递方向是单向的，一端用于写入，—端用于读取，管道是半双工的。
-
从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走，它就从管道中被抛弃．释放空间以便写更多的数据．在管道中无法使用 lseek() 来随机的访问数据。
-
匿名管道只能在具有公共祖先的进程(父进程与子进程，或者两个兄弟进程，具有亲缘关系）之间使用。
为什么可以使用管道进行进程间通信？
我们一开始在父进程中通过fork()创建子进程，父子进程的虚拟地址空间实际上是基于"读时共享(子进程被创建，两个进程没有做任何写的操作)，写时拷贝"原则。即子进程内核区中文件描述符表是和父进程保持一致的(在不后期修改的前提下)。那么只要在fork()之前通过pipe()创建匿名管道获取对读端和写端的文件描述符，之后fork()就可以让父子进程同时获得对该管道的读/写权限，那么就可以进行进程间通信。
管道数据结构：
环形队列：空间可以重复使用；数据只能被读取一次。
三种匿名管道通信的情况：
匿名管道的使用
#include # 查看管道缓冲大小命令
boyangcao@MyLinux:~$ ulimit -a
core file size (blocks, -c) 0
data seg size (kbytes, -d) unlimited
scheduling priority (-e) 0
file size (blocks, -f) unlimited
pending signals (-i) 15407
max locked memory (kbytes, -l) 65536
max memory size (kbytes, -m) unlimited
open files (-n) 1024
pipe size (512 bytes, -p) 8
POSIX message queues (bytes, -q) 819200
real-time priority (-r) 0
stack size (kbytes, -s) 8192
cpu time (seconds, -t) unlimited
max user processes (-u) 15407
virtual memory (kbytes, -v) unlimited
file locks (-x) unlimited
示例：父子进程分别进行数据的输出与接收(半双工通信)
#include 注意：在匿名管道中进行相互通信时，有时候会出现一个进程连续进行读和写管道的操作(自己接收自己发出的信息)，所以在用匿名管道通信时一般会限定其为单向通信。
即：
// 关闭读端(或者写端)
close(pipefd[0]);
示例：实现 ps aux | grep xxx 父子进程间通信
/*
实现 ps aux | grep xxx 父子进程间通信
子进程：ps aux，子进程结束后，将数据发送给父进程
父进程：获取到数据，过滤
pipe()
execlp()
子进程将标准输出 stdout_fileno 重定向到管道的写端. dup2()
*/
#include 管道读写特点：
使用管道时，需要注意以下几种特殊的情况（假设都是阻塞I/O操作）：
-
所有的指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端引用计数为0）
有进程从管道的读端读数据，管道中剩余的数据被读取以后再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。
-
如果有指向管道写端的文件描述符没有关闭（管道的写端引用计数大于0），而持有管道写端的进程
也没有往管道中写数据：此时有进程从管道中读取数据，管道中剩余的数据被读取后再次read会阻塞，直到管道中有数据可以读了才读取数据并返回。
-
如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道的读端引用计数为0）：
此时有进程向管道中写数据，那么该进程会收到一个信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。
-
如果有指向管道读端的文件描述符没有关闭（管道的读端引用计数大于0），而持有管道读端的进程
也没有从管道中读数据：这时有进程向管道中写数据，那么在管道被写满的时候再次write会阻塞，直到管道中有空位置才能再次写入数据并返回。
- 读管道：
- 管道中有数据，read返回实际读到的字节数。
- 管道中无数据：
- 写端被全部关闭，read返回0（相当于读到文件的末尾EOF）
- 写端没有完全关闭，read阻塞等待（设置为非阻塞 O_NONBLOCK 则返回-1）
- 写管道：
- 管道读端全部被关闭，进程异常终止（进程收到SIGPIPE信号）
- 管道读端没有全部关闭：
- 管道已满，write阻塞
- 管道没有满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数
示例：设置管道读端非阻塞
#include 有名管道
-
匿名管道，由于没有名字，只能用于亲缘关系的进程间通信。为了克服这个缺点，提出了有名管道(FIFO)，也叫命名管道、FIFO文件。
-
有名管道(FIFO)不同于匿名管道之处在于它提供了一个路径名与之关联，以FIFO的文件形式存在于文件系统中，并且其打开方式与打开一个普通文件是一样的，这样即使与 FIFO 的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过 FIFO相互通信，因此，通过FIFO 不相关的进程也能交换数据。
-
一旦打开了 FIFO，就能在它上面使用与操作匿名管道和其他文件的系统调用一样的I/O系统调用了（如read ()、 write()和close())。
与管道一样, FIFO也有一个写入端和读取端，并且从管道中读取数据的顺序与写入的顺序是一样的。FIFO的名称也由此而来：先入先出。
有名管道(FIFO)和匿名管道(pipe)有一些特点是相同的，不一样的地方在于：
- FIFO在文件系统中作为一个特殊文件存在(有文件实体，而匿名管道没有)，不过FIFO文件为空， FIFO 中的内容都存放在内存(内核缓冲区)中。
- 当使用FIFO的进程退出后，FIFO文件将继续保存在文件系统中以便以后使用。
- FIFO 有名字，不相关的进程(有关系的进程也可以进行通信)可以通过打开有名管道进行通信。
创建FIFO文件
1. 通过命令： mkfifo 名字
2. 通过函数： int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
#include -
使用mkfifo创建一个FIFO，就可以使用open打开它，常见的文件I/O函数都可用于FIFO。如: close、read、write、unlink等。
-
FIFO严格遵循先进先出 (First in First out)，对管道及FIFO的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如lseek ( )等文件定位操作。
有名管道的注意事项：
- 一个为 只读 而打开一个管道的进程会阻塞，直到另外一个进程为 只写 打开管道
- 一个为 只写 而打开一个管道的进程会阻塞，直到另外一个进程为 只读 打开管道
-
读管道：
- 管道中有数据，read返回实际读到的字节数
- 管道中无数据：
- 管道写端被全部关闭，read返回0，（相当于读到文件末尾）
- 写端没有全部被关闭，read阻塞等待。
-
写管道：
- 管道读端被全部关闭，进程会异常终止(收到一个SIGPIPE信号)
- 管道读端没有被全部关闭：
- 管道已经满了，write会阻塞
- 管道没有满，write将数据写入，返回实际写入的字节数。
示例：write.c 向管道写数据 read.c 从管道读数据
// write.c
// 向管道中写数据
#include 案例：用有名管道实现聊天功能
但是上述只能实现“你说一句我回答一句”的效果，无法连续发送或接收多条信息。
解决方案：将写入管道和读取管道分为两个进程并发执行：
// chatA.c
/**/
#include // chatB.c
#include 内存映射
内存映射（Memory-mapped I/O）：将磁盘文件的数据映射到内存，用户通过修改内存就能修改磁盘文件。
- 效率较高（直接对内存进行操作）
- 可以实现有关系的进程通信，也可以实现没有关系的进程通信
#include 案例：实现有关系的进程(父子进程)间通信
/*
使用内存映射实现进程间通信
1. 有关系的进程(父子进程)
- 还没有子进程的时候
- 通过唯一的父进程，先创建内存映射区
- 有了内存映射区后创建子进程
- 父子进程共享创建的内存映射区
*/
#include 案例：实现没有关系的进程(父子进程)间通信
/*
2. 没有关系的进程间通信
- 准备一个大小不是0的磁盘文件
- 进程1 通过磁盘文件创建内存映射区
- 得到一个操作这块内存的指针
- 进程2 通过磁盘文件创建内存映射区
- 得到一个操作这块内存的指针
- 使用内存映射区进行通信
注意：内存映射区通信，是非阻塞。
*/
// mmap-norelationship-ipc1.c
int main()
{
// 打开一个文件
int fd = open("test.txt", O_RDWR);
// 获取文件大小
int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);
// 2. 创建内存映射区
void* ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if(ptr == MAP_FAILED)
{
perror("mmap");
exit(-1);
}
// 读取内存中数据
char buf[64];
while(1)
{
strcpy(buf, (char*) ptr);
printf("read data: %s\n", buf);
sleep(1);
memset(buf, 0, 64);
}
// 关闭内存映射区
munmap(ptr, size);
return 0;
}
// mmap-norelationship-ipc2.c
int main()
{
// 打开一个文件
int fd = open("test.txt", O_RDWR);
// 获取文件大小
int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);
// 2. 创建内存映射区
void* ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if(ptr == MAP_FAILED)
{
perror("mmap");
exit(-1);
}
// 3. 向内存映射区写数据
char buf[64];
while(1)
{
fgets(buf, 128, stdin);
strcpy((char *)ptr, buf);
}
// 关闭内存映射区
munmap(ptr, size);
return 0;
}
思考：
-
如果对mmap的返回值(ptr)做++操作(ptr++)，munmap是否能够成功?
void * ptr = mmap(...); ptr++; // 可以对其进行++操作，但是不建议 munmap(ptr, len); // 错误,要保存地址 -
如果open时 O_RDONLY，mmap 时 prot 参数指定 PROT_READ | PROT_WRITE 会怎样?
- 错误，返回MAP_FAILED (void*) -1
open() 函数中的权限建议和 prot 参数的权限保持一致（或者大于 prot 权限）。
- 错误，返回MAP_FAILED (void*) -1
-
如果文件偏移量（offset）为1000会怎样?
偏移量必须是 4K 的整数倍，返回 MAP_FAILED
-
mmap 还有什么情况下会调用失败?
-
第二个参数：length = 0
-
第三个参数：
-
prot 只指定了写权限；
-
prot PROT_READ | PROT_WRITE
而第5个参数 fd 通过open函数时指定的 O_RDONLY 或者是 O_WRONLY
-
-
-
可以open的时候 O_CREAT 一个新文件来创建映射区吗?
- 可以的，但是创建的文件的大小如果为0的话，肯定不行
- 可以对新的文件进行扩展
- lseek()
- truncate() -
mmap后关闭文件描述符，对mmap映射有没有影响？
int fd = open("XXX"); mmap(,,,,fd,0); close(fd); // 映射区还存在，创建映射区的fd被关闭，没有任何影响。 // mmap()对传入进来的文件描述符fd进行了拷贝(dup() / fcntl()) -
对ptr越界操作会怎样？
void * ptr = mmap(NULL, 100,,,,,); // 并不是真的只分配了100B的内存用于内存映射，实际按照分页的大小(4K)进行内存分配 // 不同系统分页大小不同 // 越界操作操作的是非法的内存(野内存) -> 段错误
文件复制：
// 使用内存映射实现文件拷贝的功能
/*
思路：
1. 对原始的文件进行内存映射
2. 创建一个新文件（拓展该文件）
3. 把新文件的数据映射到内存中
4. 通过内存拷贝将第一个文件的内容拷贝新的文件内存中
5. 释放资源
*/
int main()
{
// 1.对原始文件进行内存映射
int fd = open("english.txt", O_RDWR);
if(fd == -1)
{
perror("open");
exit(-1);
}
// 获取原始文件的大小
int len = lseek(fd, 0, SEEK_END);
// 2. 创建一个新文件（拓展该文件）
int fd1 = open("cpy.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);
if(fd1 == -1)
{
perror("open");
exit(-1);
}
// 对新创建的文件进行拓展
truncate("cpy.txt", len);
write(fd1, " ", 1);
// 3. 分别做内存映射
void* ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
void* ptr1 = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd1, 0);
if(ptr == MAP_FAILED)
{
perror("mmap");
exit(-1);
}
if(ptr1 == MAP_FAILED)
{
perror("mmap");
exit(-1);
}
// 内存拷贝
memcpy(ptr1, ptr, len);
// 释放资源
munmap(ptr1,len);
munmap(ptr,len);
close(fd1);
close(fd);
return 0;
}
匿名映射
/*
匿名映射:
不需要文件实体进行一个内存映射
只能进行父子进程这些有关系进程的映射
*/
int main()
{
// 1. 创建匿名内存映射区
int len = 4096;
void* ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
if(ptr == MAP_FAILED)
{
perror("mmap");
exit(-1);
}
// 父子进程间通信
pid_t pid = fork();
if(pid > 0)
{
// 父进程
strcpy((char*) ptr, "Hello, World");
wait(NULL);
}
else if (pid == 0)
{
// 子进程
sleep(1);
printf("%s\n", (char *)ptr);
}
// 释放内存映射区
int ret = munmap(ptr, len);
if(ret == -1)
{
perror("munmap");
exit(-1);
}
return 0;
}
信号
信号是Linux进程间通信的最古老的方式之一、是事件发生时对进程的通知机制，有时也称之为软件中断。它是在软件层次上对中断机制的一种模拟。是一种异步通信的方式。信号可以导致一个正在运行的进程被另一个正在运行的异步进程中断，转而处理某一个突发事件。
tips. 硬件中断
发往进程的诸多信号，通常都是源于内核。引发内核为进程产生信号的各类事件如下：
- 前台进程：用户可以通过输入特殊的终端字符来给它发送信号。比如输入 Ctrl+C 通常会给进程发送一个中断信号(9号信号)。
- 硬件发生异常：即硬件检测到一个错误条件并通知内核，随即再由内核发送相应信号给相关进程。比如执行一条异常的机器语言指令，诸如被 0 除；或者引用了无法访问的内存区域。
- 系统状态变化：比如alarm定时器到期将引起 SIGALRM 信号，进程执行的 CPU 时间超限，或者该进程的某个子进程退出。
- 运行 kill 命令或调用 kill 函数。
使用信号的两个主要目的是：
- 让进程知道已经发生了一个特定的事情。
- 强迫进程执行它自己代码中的信号处理程序。
信号的特点：
- 简单
- 不能携带大量信息
- 满足某个特定条件才发送
- 优先级比较高
查看系统定义的信号列表: kill -l
# 前31个信号为常规信号，其余为实时信号。(重点掌握前31个信号，后面是预定义好的信号)
boyangcao@MyLinux:~$ kill -l
1) SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL 5) SIGTRAP
6) SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE 9) SIGKILL 10) SIGUSR1
11) SIGSEGV 12) SIGUSR2 13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM
16) SIGSTKFLT 17) SIGCHLD 18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP
21) SIGTTIN 22) SIGTTOU 23) SIGURG 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ
26) SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO 30) SIGPWR
31) SIGSYS 34) SIGRTMIN 35) SIGRTMIN+1 36) SIGRTMIN+2 37) SIGRTMIN+3
38) SIGRTMIN+4 39) SIGRTMIN+5 40) SIGRTMIN+6 41) SIGRTMIN+7 42) SIGRTMIN+8
43) SIGRTMIN+9 44) SIGRTMIN+10 45) SIGRTMIN+11 46) SIGRTMIN+12 47) SIGRTMIN+13
48) SIGRTMIN+14 49) SIGRTMIN+15 50) SIGRTMAX-14 51) SIGRTMAX-13 52) SIGRTMAX-12
53) SIGRTMAX-11 54) SIGRTMAX-10 55) SIGRTMAX-9 56) SIGRTMAX-8 57) SIGRTMAX-7
58) SIGRTMAX-6 59) SIGRTMAX-5 60) SIGRTMAX-4 61) SIGRTMAX-3 62) SIGRTMAX-2
63) SIGRTMAX-1 64) SIGRTMAX
Linux信号一览表
信号的5种默认处理动作
- 查看信号的详细信息： man 7 signal
- 信号的5种默认处理动作：
Term # 终止进程
Ign # 当前进程忽略掉这个信号
core # 终止进程并生成一个core文件(core: 保存进程异常退出的错误信息，便于进行调试)
stop # 暂停当前进程
Cont # 继续执行当前被暂停的进程
- 信号的几种状态：产生、未决、递达
- SIGKILL和SIGSTOP信号不能被捕捉、阻塞或者忽略，只能执行默认动作。
# 输出core文件方法：设置core file size 为1024
boyangcao@MyLinux:~/Linux/Lesson26$ ulimit -a
core file size (blocks, -c) 0
data seg size (kbytes, -d) unlimited
scheduling priority (-e) 0
file size (blocks, -f) unlimited
pending signals (-i) 15407
max locked memory (kbytes, -l) 65536
max memory size (kbytes, -m) unlimited
open files (-n) 1048576
pipe size (512 bytes, -p) 8
POSIX message queues (bytes, -q) 819200
real-time priority (-r) 0
stack size (kbytes, -s) 8192
cpu time (seconds, -t) unlimited
max user processes (-u) 15407
virtual memory (kbytes, -v) unlimited
file locks (-x) unlimited
boyangcao@MyLinux:~/Linux/Lesson26$ ulimit -c 1024
注意：有时候指定 gcc core.c -g，再 ./a.out，不会生成 core 文件。
解决办法：使用两种方式不产生core文件是文件生产目录错误
# 查看core文件生产目录
cat /proc/sys/kernel/core_pattern
# 使用下面的命令
sudo bash -c "echo core > /proc/sys/kernel/core_pattern"
boyangcao@MyLinux:~/Linux/Lesson26$ cat /proc/sys/kernel/core_pattern
|/usr/share/apport/apport -p%p -s%s -c%c -d%d -P%P -u%u -g%g -- %E
boyangcao@MyLinux:~/Linux/Lesson26$ sudo bash -c "echo core > /proc/sys/kernel/core_pattern"
boyangcao@MyLinux:~/Linux/Lesson26$ cat /proc/sys/kernel/core_pattern
core
之后在gdb中查看core文件：
boyangcao@MyLinux:~/Linux/Lesson26$ ./a.out
段错误 (核心已转储)
boyangcao@MyLinux:~/Linux/Lesson26$ gdb a.out
(gdb) core-file core
[New LWP 8377]
Core was generated by `./a.out'.
Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault. # SIGSEGV: 进程进行了无效内存访问
#0 0x000055fc55bd6602 in main () at core.c:8
8 strcpy(buf, "Hello");
信号相关函数：
发送信号函数：
int kill(pid_t pid, int sig);
int raise (int sig);
void abort (void);
#include 定时器函数：
alarm():
#include setitmer():
#include 示例：
#include 信号捕捉函数：
#include #include 内核实现信号捕捉的过程：
注意：
- 在执行信号捕捉处理函数的过程中，会使用临时阻塞信号集，当信号处理完成后，会恢复到内核（PCB内部）的阻塞信号集。
- 在执行某个回调函数时，比如捕捉SIGALRM信号，那么在对这个信号的处理过程中，会默认屏蔽该信号（如再发送来SIGALRM信号不会立即进行处理，需要将当前对这个信号的处理操作完成后再进行后来发送的该信号的处理）
- 阻塞的常规信号(0-31)是不支持排队的。因为未决信号集和阻塞信号集都是标志位，只能记录0 和1两个状态，如果短时间内发送大量相同信号，最多只能记录1次，其余都被丢弃掉了。
信号集
- 许多信号相关的系统调用都需要能表示一组不同的信号，多个信号可使用一个称之为信号集的数据结构来表示，其系统数据类型为sigset_t。
- 在PCB中有两个非常重要的信号集。一个称之为“阻塞信号集”，另一个称之为“未决信号集”。这两个信号集都是内核使用位图机制（二进制位）来实现的。但操作系统不允许我们直接对这两个信号集进行位操作。而需自定义另外一个集合，借助信号集操作函数来对 PCB 中的这两个信号集进行修改
- （阻塞信号集可以被修改；未决信号集不能被修改，只能去获取查看）。
- 信号的“未决”是一种状态，指的是从信号的产生到信号被处理前的这一段时间。
- 信号的“阻塞”是一个开关动作，指的是阻止信号被处理，但不是阻止信号产生。
- 信号的阻塞就是让系统暂时保留信号留待以后发送。由于另外有办法让系统忽略信号，所以一般情况下信号的阻塞只是暂时的，只是为了防止信号打断敏感的操作。
-
用户通过键盘 Ctrl + C，产生2号信号SIGINT (信号被创建)
-
信号产生但是没有被处理 （未决）
- 在内核中将所有的没有被处理的信号存储在一个集合中 （未决信号集）
- SIGINT 信号状态被存储在第二个标志位上
- 这个标志位的值为0， 说明信号不是未决状态
- 这个标志位的值为1， 说明信号处于未决状态
-
这个未决状态的信号，需要被处理，处理之前需要和另一个信号集（阻塞信号集），进行比较
- 阻塞信号集默认不阻塞任何的信号
- 如果想要阻塞某些信号需要用户调用系统的API
-
在处理的时候和阻塞信号集中的标志位进行查询，看是不是对该信号设置阻塞了
-
如果没有阻塞，这个信号就被处理
-
如果阻塞了，这个信号就继续处于未决状态，直到阻塞解除，这个信号就被处理
-
以下信号集相关的函数都是对自定义的信号集进行操作：
int sigemptyset(sigset_t *set)
功能：清空信号集中的数据，将信号集中的所有标志位 置为0
参数：
- set: 传出参数，需要操作的信号集
sigset_t: 64位整数
返回值：
- 成功：返回0
- 失败：返回-1，设置errno
eg.
sigset_t set;
sigemptyset(&set);
int sigfillset(sigset_t*set);
功能：将信号集中的所有标志位 置为 1
参数：
- set: 传出参数，需要操作的信号集
返回值：
- 成功：返回0
- 失败：返回-1，设置errno
eg. sigfillset(&set);
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
功能：设置信号集中的某一个信号对应的标志位，将其置为1，表示阻塞该信号。
参数：
- set: 传出参数，需要操作的信号集
- signum: 需要设置阻塞的信号
返回值：
- 成功：返回0
- 失败：返回-1，设置errno
eg. sigaddset(&set, SIGINT);
int sigdelset(sigset_t *set,int signum);
功能：设置信号集中的某一个信号对应的标志位，将其置为0，表示阻塞该信号。
参数：
- set: 传出参数，需要操作的信号集
- signum: 需要设置不阻塞的信号
返回值：
- 成功：返回0
- 失败：返回-1，设置errno
eg. sigdelset(&set, SIGINT);
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
功能：判断某个信号是否阻塞
参数：
- set: 需要查看的信号集
- signum: 需要判断的信号
返回值：
- 1：signum被阻塞
- 0：signum不阻塞
- -1：调用失败
eg.
ret = sigismember(&set, SIGQUIT);
if(ret == 0) printf("SIGQUIT 不阻塞\n");
else if(ret == 1) printf("SIGQUIT 阻塞\n");
如果需要修改内核中的阻塞信号集或者查看未决信号集，需要使用以下函数：
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
功能：将自定义信号集中的数据设置到内核中(设置阻塞；解除阻塞；替换)
参数：
- how: 如何对内核阻塞信号集进行处理
SIG_BLOCK: 将用户设置的阻塞信号集添加到内核中，内核中原来的数据不变 (取按位或)
假设内核中默认的阻塞信号集是mask, 最后内核中的阻塞信号集 mask |= set
SIG_UNBLOCK: 根据用户设置的数据，对内核中的数据进行解除阻塞。
假设内核中默认的阻塞信号集是mask, 最后内核中的阻塞信号集 mask &= ~set
SIG_SETMASK: 覆盖内核中原来的值
- set: 已经初始化好的用户自定义的信号集
- oldset: 保存设置之前的内核中的阻塞信号集的状态，可以是NULL。
返回值：
- 成功：返回0
- 失败：返回-1，设置errno: (EFAULT or EINVAL)
eg. sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL);
int sigpending(sigset_t *set);
功能：获取内核中的未决信号集
参数：
- set: 传出参数，保存的是内核中的未决信号集中的信息。
eg. sigpending(&pendingset);
案例：编写一个程序，把所有的常规信号(1-31)的未决状态打印到屏幕
// 编写一个程序，把所有的常规信号(1-31)的未决状态打印到屏幕
// 设置某些信号是阻塞的，通过键盘产生这些信号
int main()
{
// 设置2号信号和3号信号为阻塞
sigset_t set;
sigemptyset(&set);
// 将2号和3号信号添加到信号集中
sigaddset(&set, SIGINT);
sigaddset(&set, SIGQUIT);
// 修改内核中的阻塞信号集
sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);
int num = 0;
while(1)
{
// 获取当前的未决信号集中的数据
sigset_t pendingset;
sigemptyset(&pendingset);
sigpending(&pendingset);
num++;
// 遍历前31位
for(int i = 1; i < 32; i++)
{
if(sigismember(&pendingset, i) == 1) printf("1");
else if(sigismember(&pendingset, i) == 0) printf("0");
else{
perror("sigismember");
exit(-1);
}
}
printf("\n");
sleep(1);
if(num == 10)
{
// 解除阻塞
sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL);
}
}
return 0;
}
注意：如果导入了#include
那么如下设置：
#define _BSD_SOURCE (不建议)
#define _DEFAULT_SOURCE
In file included from /usr/include/signal.h:25:0,
from sigset.c:51:
/usr/include/features.h:184:3: warning: #warning "_BSD_SOURCE and _SVID_SOURCE are deprecated, use _DEFAULT_SOURCE" [-Wcpp]
# warning "_BSD_SOURCE and _SVID_SOURCE are deprecated, use _DEFAULT_SOURCE"
^~~~~~~
注意：
# 加 & 号，在后台运行，在控制台可以继续进行输入指令
./main &
# 让在后台运行的进程切换回前台： fg
# 此时在控制台不可以输入指令
fg
SIGCHLD信号
-
SIGCHLD信号产生的条件
- 子进程终止时
- 子讲程接收到 SIGSTOP 信号停止时
- 子进程处在停止态，接受到 SIGCONT 后唤醒时
-
以上三种条件都会给父进程发送SIGCHLD信号，父进程默认会忽略该信号
# 使用SIGCHLD信号解决僵尸进程的问题：
#define _DEFAULT_SOURCE
#include 共享内存
- 共享内存允许两个或者多个进程共享物理内存的同一块区域（通常被称为段)。由于一个共享内存段会称为一个进程用户空间的一部分．因此这种IPC 机制无需内核介入。所有需要做的就是让一个进程将数据复制进共享内存中，并且这部分数据会对其他所有共享同一个段的进程可用。
- 与管道等 要求 发送进程将数据从用户空间的缓冲区复制进内核内存 和 接收进程 将数据从内核内存复制进用户空间的缓冲区的做法相比，这种IPC技术的速度更快。
共享内存使用步骤：
- 调用 shmget() 创建一个新共享内存段或取得一个既有共享内存段的标识符（即由其他进程创建的共享内存段）。这个调用将返回后续调用中需要用到的共享内存标识符。
- 使用 shmat() 来附上共享内存段．即使该段成为调用进程的虚拟内存的一部分。
- 此刻在程序中可以像对待其他可用内存那样对待这个共享内存段。为引用这块共享内存,程序需要使用由shmat ()调用返回的 addr值，它是一个指向进程的虚拟地址空间中该共享内存段的起点的指针。
- 调用 shmdt() 来分离共享内存段。在这个调用之后，进程就无法再引用这块共享内存了。这一步是可选的，并且在进程终止时会自动完成这一步。
- 调用 shmctl() 来删除共享内存段。只有当当前所有附加内存段的进程都与之分离之后内存段才会销毁。只有一个进程需要执行这一步。
共享内存相关的函数：
#include 共享内存操作命令
ipcs用法：
ipcs -a # 打印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
ipcrm用法：
ipcrm -M shmkey # 移除用shmkey创建的共享内存段
ipcrm -m shmid # 移除用shmid标识的共享内存段
ipcrm -Q msgkey # 移除用msqkey创建的消息队列
ipcrm -q msqid # 移除用msqid标识的消息队列
ipcrm -s semkey # 移除用semkey创建的信号
ipcrm -s semid # 移除用semid标识的信号
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问题1：操作系统如何知道一块共享内存被多少个进程关联？
- 共享内存维护了一个结构体struct shmid_ds 这个结构体中有一个成员 shm_nattch shm_nattch 记录了关联的进程个数 -
问题2：可不可以对共享内存进行多次删除 shmctl
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可以的
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因为shmctl 标记删除共享内存，不是直接删除
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什么时候真正删除呢?
当和共享内存关联的进程数为0的时候，就真正被删除 -
当共享内存的key为0(0x00000000)的时候，表示共享内存被标记删除了
如果一个进程和共享内存取消关联，那么这个进程就不能继续操作这个共享内存。也不能再次进行关联。
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共享内存和内存映射的区别
1.共享内存可以直接创建，内存映射需要磁盘文件（匿名映射除外）
2.共享内存效果更高
3.内存
所有的进程操作的是同一块共享内存。
内存映射，每个进程在自己的虚拟地址空间中有一个独立的内存。
4.数据安全
- 进程突然退出
共享内存还存在
内存映射区消失
- 运行进程的电脑死机，宕机了
数据存储在共享内存中，就没有了
内存映射区的数据 ，由于磁盘文件中的数据还在，所以内存映射区的数据还存在。
5.生命周期
- 内存映射区：进程退出，内存映射区销毁
- 共享内存：进程退出，共享内存还在，标记删除（所有的关联的进程数为0），或者关机
如果一个进程退出，会自动和共享内存进行取消关联。