Linux操作系统编程——进程间的通信
由于进程间空间独立，无法直接通信，所以需要IPC机制实现通信
同一主机进程间通信
1，古老的通信方式：无名管道；有名管道；信号
2，IPC对象通信system v：共享内存（效率最高）；消息队列；信号量集（信号灯）
不同主机之间的通信：socket通信；网络通信
通信类型
单工：数据传输是完全单向的，通信双方严格分工，一方固定为发送端（只能发不能收），另一方固定为接收端（只能收不能发），传输方向不可改变，例如广播
半双工：数据传输允许双向进行，但同一时刻只能单向传输 ，发送和接收功能不能同时开展，需交替进行，例如对讲机
全双工：数据传输可同时双向进行，发送端和接收端能独立收发数据，无需等待切换例如打电话
古老方式
管道
有名管道：可以用于同一主机任意进程间通信
无名管道：只能用于同一主机具有亲缘关系的进程通信（父子进程之间）
无名管道
本质：内核空间中的一段缓冲区，遵循先进先出特性
默认大小：64K
特性：
1，写堵塞：读端和写端都存在时，向管道中写数据，当管道满时，发生写阻塞
2，读阻塞：读端和写端都存在时，向管道中读数据，若管道为空，发生读阻塞
3，读返回0：当写端关闭，从管道中读数据，若有数据则读到数据，若没有数据则read返回0，不再阻塞
4，管道破裂：读端关闭，向管道中写入数据。这是一种异常，操作系统会强制让进程结束
操作流程：
1）创建无名管道：pipe()
2）写管道：write()
3）读管道：read()
4）关闭管道：close()
不必刻意释放，因为属于内核区域，关闭会自动释放
pipe
参数：
pipefd[0]为读端
pipefd[1]为写端
返回值：成功则0失败-1
管道文件应该在fork()之前创建。读写端不能交换
memset()
功能：将内存区域填充成指定数据
参数：
s：要填充的空间首地址
c：要填充的字符
n：要填充的字节数
返回值：成功则为s的首地址，失败则为NULL
一般情况下，不会让一个进程既可写又可读，保证管道的方向性，如果要两个进程互相通信，需要构建两个管道
有名管道
本质：内核空间的一段缓冲区，这段缓冲区和一个管道文件相关联
操作流程：
1，创建管道文件：mkififo()
2，打开管道文件：open()
3，读或写管道文件：write()
4，关闭管道文件：close()
5，删除管道文件：remove()
mkfifo()
功能：创建管道文件
参数：管道文件的名称；管道文件的读写执行权限
返回值：成功为0失败-1
open会有阻塞的效果，当以只读的方式打开时，会阻塞直到有进程以写的方式打开，对于只写方式同理
效果是向一个进程输入字符串，另一个进程打印出来
信号
实现进程间通知机制，实现进程间的异步通信（接收方不知道什么时候发送方会发送时数据），是一种软中断
分类
系统支持的信号：
1，kill -l
2）SIGINT（crtl + c）让一个进程被打断
3）SIGQUIT（ctrl + \）让一个进程结束
9）SIGKILL（管理员信号）：强制让一个进程结束
11）SIGSEGV：让一个进程结束（段错误）
13）SIGIPIPE：让一个进程结束（管道破裂）
14）SIGALRM：让一个进程结束（定时时间到达）
17）SIGCHLD：子进程结束时发送给父进程
18）SIGCONT：让停止态的进程继续运行
19）SIGSTOP（管理员信号）：让运行态的进程进入停止态（暂停）强制停止
20）SIGTSTP（ctrl + z）：让后台进程进入暂停态，时来自终端的停止信号
2，信号处理流程
3，信号处理方式
1）缺省：按照默认处理方式
2）忽略：不处理
3）捕获：以自定义方式处理
值得注意的是，管理员信号无法被忽略和捕获，即9和19只能按照默认方式处理
signal
功能：设置信号的处理方式（注册一个信号）
参数：
signum：要处理的信号的编号
handle：
SIG_IGN：以忽略的方式处理该信号，即不处理
SIG_DFL：以缺省的方式处理，即系统默认方式
函数的地址：以捕获方式处理，即自定义
返回值：失败则为NULL；自定义方式时，返回函数的地址
注意：
1，若信号不被注册，则按默认方式处理
2，信号只需注册一次
3，每次信号的到来，都会触发一次信号处理函数
4，信号尽可能早注册
如图，signal按照handler的方式运行，所以此时SIGINT信号并不能打断该进程，即按照系统默认的方式运行
发送信号
1，kill命令
2，kill()
功能：给指定的进程发送一个信号
参数：接收信号的进程的pid；信号的编号
返回值：成功则0失败-1
3，子进程结束时，会发送SIGCHLD（17）信号给父进程
子进程空间异步回收：通过子进程发送的SIGCGLD信号实现
4，raise()：给自己所在的进程发送信号
5，alarm()
功能：设置一个闹钟，闹钟时间到达时，向进程发送一个SIGALRM的信号
参数：秒数
返回值：成功则为上次设定剩余的时间，失败则为0
注：如果定了两个，则第一个会失去效果
6，pause()：让一个进程进入到睡眠状态
注：pause可以被一个可以被捕获的信号唤醒
IPC
可以通过ipcs -a查看内核终端IPC对象，-s为删除信号量集，-m+id为删除共享内存
共享内存
使用内核空间中的内存区域共享数据，采用内存映射技术，减少的数据的反复拷贝，提高了通信效率，本质是通过MMU（内存管理单元）的管理将不同的内存空间映射到同一物理内存区域中
操作流程：
1）创建一个IPC key：key_t ftok(const char *pathname, int proj_id)
2）创建共享内存：shmget
3）建立共享内存段和用户空间的内存映射：shmat
4）向共享内存写入数据：通过用户空间首地址
5）解除映射关系：shmdt
6）删除共享内存：shmctl
ftok
功能：创建一个IPC key
参数：
pathname：路径，随便写，只需在两个进程之间创建key时传递的路径相同
proj_id:工程ID，与其他key不冲突，一般来说会用特殊的字符表示，例如'!'
返回值：成功则为IPC key，失败则为-1
注意：两个进程在创建KEY时，必须使用相同的参数，
shmget
功能：创建一个共享内存
参数：
key：IPC key
size：共享内存大小，会被扩展成PAGE_SIZE(4096byte)的整数倍
shmflg：IPC_CREAT|0664（创建并给予权限）
大小不超过1G，因为内核大小只有1G，而且一般情况下共享内存最大500M
返回值：成功则为共享内存的ID，失败则为-1
shmat
功能：建立共享内存映射
参数：
shmid：共享内存的id
shmaddr：映射的用户空间首地址，如果是NULL则是让操作系统分配
shmflg：
SHM_RDONLY：只读
!SHM_RDONLY：可读可写
返回值：成功则为映射的用户空间首地址，失败则为(void *)-1
shmdt
功能：解除内存映射关系
参数：要解除的用户空间首地址
返回值：成功为0失败-1
shmctl
功能：操作共享内存
参数：
shmid：要操作的共享内存id
cmd：要执行的操作指令
IPC_RMID：删除操作
buf：设置的参数（删除的时候不需要）
返回值：成功为0失败-1
信号量集
实现进程间同步
消息队列
和管道类似，有同步的效果，相对于管道而已增加了数据的等级，可以优先处理优先级较高的数据