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進程間通信（IPC）：

進程間通信的方式有很多，這里主要講到進程間通信的六種方式，分別為：管道、FIFO、消息隊列、共享內存、信號、信號量。

一、管道

管道的特點：

是一種半雙工的通信方式；
只能在具有親緣關系的進程間使用.進程的親緣關系一般指的是父子關系；
它可以看成是一種特殊的文件，對于它的讀寫也可以使用普通的read、write等函數。但是它不是普通的文件，并不屬于其他任何文件系統，并且只存在于內存中。

管道的原型：

#include
int pipe(int pipefd[2]);

代碼實現：

#include
#include
#include
#include

/*使用匿名管道實現進程間通信*/
int main()
{
int fd[2];//fd[0]為讀端 fd[1]為寫端
pid_t pid;
char buf[128];
//int pipe(int pipefd[2]);
if(pipe(fd) == -1)//創建管道
{
printf("管道創建失敗n");
perror("why");
}

pid = fork();

if(pid < 0 )
{
printf("子進程開辟失敗n");
perror("why");
}else if(pid > 0){

sleep(3);//讓子進程先執行
printf("這是一個父進程n");//父進程完成寫操作
close(fd[0]);
write(fd[1],"hello from father",strlen("hello from father"));
}else{

printf("這是一個子進程n");//子進程完成讀操作
close(fd[1]);
read(fd[0],buf,sizeof(buf));//沒有數據來時，阻塞在這
printf("buf = %sn",buf);
}

return 0;
}

二、FIFO

FIFO，也叫做命名管道，它是一種文件類型。

FIFO的特點：

FIFO可以在無關的進程之間交換數據，與無名管道不同；
FIFO有路徑名與之相關聯，它以一種特殊設備文件形式存在于文件系統中。

FIFO的原型：

#include

#include

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

其中的 mode 參數與 open 函數中的 mode 相同。一旦創建了一個 FIFO，就可以用一般的文件 I/O 函數操作它。

當 open 一個 FIFO 時，是否設置非阻塞標志（O_NONBLOCK）的區別：

若沒有指定 O_NONBLOCK（默認），只讀 open 要阻塞到某個其他進程為寫而打開此 FIFO。類似的，只寫 open 要阻塞到某個其他進程為讀而打開它。
若指定了 O_NONBLOCK，則只讀 open 立即返回。而只寫 open 將出錯返回 -1 如果沒有進程已經為讀而打開該 FIFO，其 errno 置 ENXIO。

代碼實現：

下列代碼有效解決了，當管道存在時，程序報錯的問題，減少了無關錯誤信息的打印。

#include
#include
#include
#include
// int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

int main()
{
if(mkfifo("myfifo",0600) == -1 && errno != EEXIST)
{
printf("mkfifo failedn");
perror("why");
}

return 0;
}

read.c

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

// int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

int main()
{
int nread;
char buf[30] = {'?'};

if(mkfifo("myfifo",0600) == -1 && errno != EEXIST)//創建命名管道
{
printf("mkfifo failedn");
perror("why");
}

int fd = open("./myfifo",O_RDONLY);//以只讀的形式打開管道,程序阻塞在這，直到有另一個進程對其執行寫操作
if(fd < 0)
{
printf("read open failedn");
}else
{
printf("read open successnn");
}

while(1)
{
nread = read(fd,buf,sizeof(buf));
printf("read %d byte,context is:%sn",nread,buf);
}

close(fd);

return 0;
}

write.c

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

int main()
{
int nread;
char buf[30] = "message from myfifo";

if(mkfifo("myfifo",0600) == -1 && errno != EEXIST)//創建命名管道
{
printf("mkfifo failedn");
perror("why");
}

int fd = open("./myfifo",O_WRONLY);//打開管道，程序阻塞在這，直到其他進程為讀而打開它
if(fd < 0)
{
printf("write open failedn");
}
else
{
printf("write open successn");
}

while(1)
{
sleep(1);
write(fd,buf,strlen(buf));
}
close(fd);

return 0;
}

三、消息隊列

消息隊列，是消息的鏈接表，存放在內核之中。一個消息隊列由一個標識符（即隊列ID）來標識。

用戶進程可以向消息隊列添加消息，也可以向消息隊列讀取消息。

消息隊列的特點：

消息隊列是面向記錄的，其中的消息具有特定的格式以及特定的優先級；
消息隊列是獨立于發送和接收進程的，進程終止時，消息隊列及其內容并不會被刪除；
消息隊列可以實現消息的隨機查詢，消息不一定要以先進先出的次序讀取，也可以按消息的類型讀取。

消息隊列函數的原型：

// 創建或打開消息隊列：成功返回隊列ID，失敗返回-1
int msgget(key_t key, int flag);
// 添加消息：成功返回0，失敗返回-1
int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
// 讀取消息：成功返回消息數據的長度，失敗返回-1
int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
// 控制消息隊列：成功返回0，失敗返回-1
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

代碼演示：

msgSend.c

#include
#include
#include
#include
#include
// int msgget(key_t key, int msgflg);
// int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

// ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
struct msgbuf{
long mtype; /* message type, must be > 0 */
char mtext[128]; /* message data */
};

int main()
{
struct msgbuf sendbuf={888,"message from send"};
struct msgbuf readbuf;

key_t key;

if((key = ftok(".",'z')) < 0){
printf("ftok errorn");
}
int msgId = msgget(key,IPC_CREAT|0777);

if(msgId == -1){
printf("get quen failedn");
}

msgsnd(msgId,&sendbuf,strlen(sendbuf.mtext),0);
printf("send overn");

msgrcv(msgId,&readbuf,sizeof(readbuf.mtext),999,0);
printf("read from get is:%sn",readbuf.mtext);

msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);

return 0;
}

msgGet.c

#include
#include
#include
#include
#include
// int msgget(key_t key, int msgflg);
// int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

// ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
struct msgbuf{
long mtype; /* message type, must be > 0 */
char mtext[128]; /* message data */
};

int main()
{
struct msgbuf readbuf;
memset(readbuf.mtext, '?', sizeof(readbuf.mtext));
struct msgbuf sendbuf={999,"thank for your reach"};

key_t key;

//獲取key值
if((key = ftok(".",'z')) < 0){
printf("ftok errorn");
}

int msgId = msgget(key,IPC_CREAT|0777);

if(msgId == -1){
printf("get quen failedn");
perror("why");
}

msgrcv(msgId,&readbuf,sizeof(readbuf.mtext),888,0);
printf("read from send is:%sn",readbuf.mtext);

msgsnd(msgId,&sendbuf,strlen(sendbuf.mtext),0);

msgctl(msgId,IPC_RMID,NULL);

return 0;
}

四、共享內存

共享內存，指兩個或多個進程共享一個給定的存儲區。

ipcs -m 查看系統下已有的共享內存；ipcrm -m shmid可以用來刪除共享內存。

共享內存的特點：

共享內存是最快的一種 IPC，因為進程是直接對內存進行存取。
因為多個進程可以同時操作，所以需要進行同步。
信號量 + 共享內存通常結合在一起使用，信號量用來同步對共享內存的訪問。

共享內存函數的原型：

// 創建或獲取一個共享內存：成功返回共享內存ID，失敗返回-1
int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
// 連接共享內存到當前進程的地址空間：成功返回指向共享內存的指針，失敗返回-1
void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
// 斷開與共享內存的連接：成功返回0，失敗返回-1
int shmdt(void *addr);
// 控制共享內存的相關信息：成功返回0，失敗返回-1
int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

代碼演示：

shmw.c

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

// int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
// void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

// int shmdt(const void *shmaddr);

int main()
{
int shmId;
key_t key;
char *shmaddr;

if((key = ftok(".",1)) < 0){
printf("ftok errorn");
}

shmId = shmget(key, 1024*4, IPC_CREAT|0666);//內存大小必須得是MB的整數倍

if(shmId == -1){
printf("shmget errorn");
exit(-1);
}

/*第二個參數一般寫0，讓linux內核自動分配空間，第三個參數也一般寫0，表示可讀可寫*/
shmaddr = shmat(shmId, 0, 0);
printf("shmat OKn");
strcpy(shmaddr,"I am so cool");

sleep(5);//等待5秒，讓別的進程去讀

shmdt(shmaddr);
shmctl(shmId, IPC_RMID, 0);//寫0表示不關心
printf("quitn");

return 0;
}

shmr.c

#include
#include
#include
#include
#include

// int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
// void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);

// int shmdt(const void *shmaddr);

int main()
{
int shmId;
key_t key;
char *shmaddr;

if((key = ftok(".",1)) < 0){
printf("ftok errorn");
}

shmId = shmget(key, 1024*4, 0);//內存大小必須得是MB的整數倍

if(shmId == -1){
printf("shmget errorn");
exit(-1);
}

/*第二個參數一般寫0，讓linux內核自動分配空間，第三個參數也一般寫0，表示可讀可寫*/
shmaddr = shmat(shmId, 0, 0);
printf("shmat OKn");
printf("data : %sn",shmaddr);

shmdt(shmaddr);

return 0;
}

五、信號

對于 Linux來說，實際信號是軟中斷，許多重要的程序都需要處理信號。終端用戶輸入了 ctrl+c 來中斷程序，會通過信號機制停止一個程序。

信號的相關概述：

1、信號的名字和編號：

每個信號都有一個名字和編號，這些名字都以“SIG”開頭。我們可以通過kill -l來查看信號的名字以及序號。

不存在0信號，kill對于0信號有特殊的應用。

2、信號的處理：

信號的處理有三種方法，分別是：忽略、捕捉和默認動作。

忽略信號，大多數信號可以使用這個方式來處理，但是有兩種信號不能被忽略（分別是 SIGKILL和SIGSTOP）；
捕捉信號，需要告訴內核，用戶希望如何處理某一種信號，說白了就是寫一個信號處理函數，然后將這個函數告訴內核。當該信號產生時，由內核來調用用戶自定義的函數，以此來實現某種信號的處理。
系統默認動作，對于每個信號來說，系統都對應由默認的處理動作，當發生了該信號，系統會自動執行。具體的信號默認動作可以使用man 7 signal來查看系統的具體定義。

信號處理函數的注冊：

入門版：函數signal
高級版：函數sigaction

信號處理發送函數：

入門版：kill
高級版：sigqueue

入門版：

函數原型：

//接收函數，第二個參數指向信號處理函數

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

//發送函數
int kill(pid_t pid, int sig);

接收端：

#include
#include

// typedef void (*sighandler_t)(int);

// sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
/*接受到信號后，讓信號處理該函數*/
void handler(int signum)
{
printf("signum = %dn",signum);

switch(signum){
case 2:
printf("SIGINTn");
break;
case 9:
printf("SIGKILLn");
break;
case 10:
printf("SIGUSR1n");
break;
}
}

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

while(1);

return 0;
}

發送端：

#include
#include
#include
#include

// int kill(pid_t pid, int sig);

int main(int argc,char **argv)
{
int signum;
int pid;

signum = atoi(argv[1]);//將字符型轉為整型
pid = atoi(argv[2]);

kill(pid,signum);

printf("signum = %d,pid = %dn",signum,pid);

return 0;
}

高級版：

函數原型：

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

struct sigaction {
void (*sa_handler)(int); //信號處理程序，不接受額外數據，SIG_IGN 為忽略，SIG_DFL 為默認動作
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信號處理程序，能夠接受額外數據和sigqueue配合使用
sigset_t sa_mask;//阻塞關鍵字的信號集，可以再調用捕捉函數之前，把信號添加到信號阻塞字，信號捕捉函數返回之前恢復為原先的值。
int sa_flags;//影響信號的行為SA_SIGINFO表示能夠接受數據
};
//回調函數句柄sa_handler、sa_sigaction只能任選其一

我們只需要配置 sa_sigaction以及sa_flags即可。

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 */
}

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

接收端：

#include
#include
#include
#include

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

//(*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
void handler(int signum, siginfo_t *info, void *context)
{
printf("get signum is:%dn",signum);

if(context != NULL)
{
printf("get data = %dn",info->si_int);
printf("get data = %dn",info->si_value.sival_int);
printf("get pid is = %dn",info->si_pid);
}

}

int main()
{
struct sigaction act;
printf("pid = %dn",getpid());
act.sa_sigaction = handler;
act.sa_flags = SA_SIGINFO;

sigaction(SIGUSR1,&act,NULL);
while(1);

return 0;
}

發送端：

#include
#include
#include
#include
#include
// int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);

int main(int argc,char **argv)
{
int signum;
int pid;

signum = atoi(argv[1]);
pid = atoi(argv[2]);

union sigval value;
value.sival_int = 100;

sigqueue(pid,signum,value);
printf("pid = %d,donen",getpid());

return 0;
}

注意：信號發送字符串，只有在父子進程或者是共享內存下才可發送。

六、信號量

信號量與已經介紹過的 IPC 結構不同，它是一個計數器。信號量用于實現進程間的互斥與同步，而不是用于存儲進程間通信數據。

信號量的特點：

信號量用于進程間同步，若要在進程間傳遞數據需要結合共享內存。
信號量基于操作系統的 PV 操作，程序對信號量的操作都是原子操作。
每次對信號量的 PV 操作不僅限于對信號量值加 1 或減 1，而且可以加減任意正整數。
支持信號量組

信號量的函數原型：

// 創建或獲取一個信號量組：若成功返回信號量集ID，失敗返回-1
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
// 對信號量組進行操作，改變信號量的值：成功返回0，失敗返回-1
int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
// 控制信號量的相關信息
int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

當 semget 創建新的信號量集合時，必須指定集合中信號量的個數（即 num_sems），通常為 1；如果是引用一個現有的集合，則將 num_sems 指定為 0 。

在 semop 函數中，sembuf 結構的定義如下：

struct sembuf
{
short sem_num; // 信號量組中對應的序號，0～sem_nums-1
short sem_op; // 信號量值在一次操作中的改變量
short sem_flg; // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
}

在 semctl 函數中的命令有多種，這里就說兩個常用的：

SETVAL：用于初始化信號量為一個已知的值。
IPC_RMID：刪除一個信號量集合。如果不刪除信號量，它將繼續在系統中存在，即使程序已經退出，它可能在你下次運行此程序時引發問題，而且信號量是一種有限的資源。

代碼演示：

#include
#include
#include
#include
#include

// int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
// int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
// int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nsops);
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) */
};

//P操作，拿鑰匙
void PGetKey(int semid)
{
struct sembuf sops;
sops.sem_num = 0;
sops.sem_op = -1;
sops.sem_flg = SEM_UNDO;

semop(semid, &sops, 1);
}

//V操作，放回鑰匙
void VPutBackKey(int semid)
{
struct sembuf sops;
sops.sem_num = 0;
sops.sem_op = 1;
sops.sem_flg = SEM_UNDO;

semop(semid, &sops, 1);
}

int main()
{
key_t key;
int semid;
if((key == ftok(".",6)) < 0)
{
printf("ftok errorn");
}

semid = semget(key , 1, IPC_CREAT|0666);//創造鑰匙，數量為1

union semun sem;
sem.val = 0;//初始狀態為沒有鑰匙
semctl(semid, 0, SETVAL, sem);//SETVAL初始化信號量為一個已知的值，這時就需要第四個參數
//0表示操作第一把鑰匙
int pid = fork();

if(pid < 0)
{
printf("fork failedn");
}else if(pid == 0)
{
printf("this is childn");
VPutBackKey(semid);//首先把鑰匙放回
}else
{
PGetKey(semid);//等子進程將鑰匙放回后才會進行操作，保證子進程先執行
printf("this is fathern");
VPutBackKey(semid);
semctl(semid, 0, IPC_RMID);//銷毀鑰匙
}

return 0;
}