LINUX进程间通讯 | 易学教程

linux进程间通信概述

pid_t fork( void); 头文件：#include<unistd.h>#include<sys/types.h>
（pid_t 是一个宏定义，其实质是int 被定义在#include<sys/types.h>中）
返回值：若成功调用一次则返回两个值，子进程返回0，父进程返回子进程ID；否则，出错返回-1 pid_t 是一个类似int的宏定义

waitpid会暂时停止目前进程的执行，直到有信号来到或子进程结束。#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid,int * status,int options);
如果在调用 waitpid()时子进程已经结束,则 waitpid()会立即返回子进程结束状态值。子进程的结束状态值会由参数 status 返回,而子进程的进程识别码也会一起返回。如果不在意结束状态值,则参数 status 可以设成 NULL。参数 pid 为欲等待的子进程识别码,
参数options 为0为阻塞方式

WNOHANG 若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若结束，则返回该子进程的ID。
WUNTRACED 若子进程进入暂停状态，则马上返回，但子进程的结束状态不予以理会。WIFSTOPPED(status)宏确定返回值是否对应与一个暂停子进程。
子进程的结束状态返回后存于 status,底下有几个宏可判别结束情况:
WIFEXITED(status)如果若为正常结束子进程返回的状态，则为真；对于这种情况可执行WEXITSTATUS(status)，取子进程传给exit或_eixt的低8位。
WEXITSTATUS(status)取得子进程 exit()返回的结束代码,一般会先用 WIFEXITED 来判断是否正常结束才能使用此宏。
WIFSIGNALED(status)若为异常结束子进程返回的状态，则为真；对于这种情况可执行WTERMSIG(status)，取使子进程结束的信号编号。
WTERMSIG(status) 取得子进程因信号而中止的信号代码,一般会先用 WIFSIGNALED 来判断后才使用此宏。
WIFSTOPPED(status) 若为当前暂停子进程返回的状态，则为真；对于这种情况可执行WSTOPSIG(status)，取使子进程暂停的信号编号。
WSTOPSIG(status) 取得引发子进程暂停的信号代码,一般会先用 WIFSTOPPED 来判断后才使用此宏。
如果执行成功则返回子进程识别码(PID) ,如果有错误发生则返回返回值-1

wait（等待子进程中断或结束#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>
pid_t wait (int * status);status 不是NULL时子进程的结束状态值会由参数 status 返回，而子进程的进程识别码作为函数返回值返回。
如果执行成功则返回子进程识别码（PID），如果有错误发生则返回-1。
用wait中止子程序会回收子程序的资源，子程序就不会进入Z（zombie僵尸状态）状态

pthread_create是类Unix操作系统（Unix、Linux、Mac OS X等）的创建线程的函数。它的功能是创建线程（实际上就是确定调用该线程函数的入口点），在线程创建以后，就开始运行相关的线程函数。#include<pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *tidp,const pthread_attr_t attr,(void)(start_rtn)(void),void arg);
用途：pthread_t用于声明线程ID。
sizeof(pthread_t) =8
pthread_t，在使用printf打印时，应转换为u类型。
第一个参数为指向线程标识符的指针。
第二个参数用来设置线程属性。
第三个参数是线程运行函数的起始地址。
最后一个参数是运行函数的参数。
线程创建成功，则返回0。若线程创建失败，则返回出错编号，并且thread中的内容是未定义的。

函数pthread_join用来等待一个线程的结束,线程间同步的操作。头文件： #include <pthread.h>
int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
参数：thread: 线程标识符，即线程ID，标识唯一线程。retval: 用户定义的指针，用来存储被等待线程的返回值。
返回值： 0代表成功。失败，返回的则是错误号。

在Unix类的操作系统中，调用sleep()函数需要一个以秒为单位的参数，需要更精确的时间控制可以使用nanosleep()函数。Sleep函数可以使计算机程序（进程，任务或线程）进入休眠，使其在一段时间内处于非活动状态。当函数设定的计时器到期，或者接收到信号、程序发生中断都会导致程序继续执行。

usleep函数能把线程挂起一段时间，单位是微秒（千分之一毫秒）。本函数可暂时使程序停止执行。参数 micro_seconds 为要暂停的微秒数(us)。

1.什么是进程中通信
2.什么是线程间通信
进程间通信：在用户空间实现进程通信是不可能得到，通过linux内核通信
线程间通信：可以在用户空间就可以实现，可以通过全局变量通讯
父子进程是独立的空间，不能再用户空间用全局变量来通信

管道通信：无名管道、有名管道（文件系统中有这样一个文件名）
信号通信：信号的发送，接收和信号的处理
IPC（inter—process communication）通信：共享内存、消息队列和信号灯
以上六种是单机下的通信（只有一个linux内核）
socket通信：存在于一个网络中两个进程的通信（两个Linux内核）
进程通信基于文件IO的思想，在内核中开辟一个通信对象，进程可对其进行读写。

1.无名管道
文件系统中无文件名（文件节点）
管道文件是一个特殊的文件，是由队列实现的。
管道文件只能由pipe函数来创建
int pipe（int fd【2】）
功能创建管道，为系统调用函数（unistd。h）
参数:就是得到的文件描述符。可见有两个文件描述符fd【0】和fd【1】，管道有一个读端fd【0】（出管道），写端fd【1】（入管道）这个规定不能变，此函数会把fd{0}fd【1】返回给参数
返回值：成功是0，出错是-1

注意：
管道是从创建在内存中的，进程结束，空间释放，管道就不存在了。
管道中的东西，读完了就删除了（管道实质是队列）
如果管道中没有东西可读，会造成进程阻塞
无名管道缺点：不能实现不是父子进程（亲缘关系）直接的通信
pipe函数一定要放在fork之前

2.有名管道 头文件#include<sys/stat.h>#include<sys/types.h>

函数形式：int mkfifo（const char*filename，mode_t mode）
创建一个管道文件
参数：文件名或文件路径（可用命令行参数或字符串），
权限，权限仍和umask有关
返回值，成功为0失败为-1
创建文件节点，管道文件只有inode号，不占磁盘空间

此时没有管道，要用open函数打开管道文件时，在内核空间才会产生一个管道

读段写端都用open 打开了管道，程序才会运行。有O_RDONLY和O_WRONLY来控制读写端。

3.信号通信
内核中已经存在信号对象，不需要在创建，有很多种信号
其实就是内核向用户空间进程发送信号，只有内核才能发信号，用户空间不可以
用kill -l 指令可以看内核中有哪些信号可以用，数字代表ID号，后面的宏代表功能在这里插入图片描述
头文件 signal。h sys/types.h
int kill（pid_t，int sig）
参数：整数，要接收信号的进程的进程号
0：信号被发生到所有和pid进程在同一进程组的进程
-1：信号发给所有的进程表中的进程（除了进程号最大的进程外）
sig：信号ID
返回值。成功0 出错-1
atoi（）可以把字符串转成整形。例如把命令行参数转成整形供别的函数使用

信号通信的框架

信号的发送（发送信号进程） kill raise alarm
·信号的接收（接收信号进程） paise（） sleep while（1）
·信号的处理（接收信号进程）signal

raise：发信号给自己==kill（getpid（），sig）
头文件 signal。h sys/types。h
int raise（int sig）
参数：信号ID
返回值：成功0出错-1

alarm闹钟信号头文件unistd。h 发送14号信号
定时一段时间才会发信号进程收到信号会终止
unsigned int alarm（unsigned int seconds）
参数：指定秒数
返回值：如果调用alarm前，进程中已经设置了闹钟时间，则返回上一个闹钟时间的剩余时间，否则返回0；
出错返回-1

信号的接收
如果进程已经运行完就会结束就不会收到信号，所以要使用函数使进程不结束
pause（）无参数头文件unistd。h
返回值成功是0出错-1
pause会使进程进入睡眠状态
while循环
sleep进程睡眠。

信号的处理
自己处理信号的方法告诉内核，这样你的进程收到了这个信号就会采用你自己的处理方式
void（*signal（int signum，void（*handler）（int）））（int）
参数；signum：指定信号
handler （函数指针）：SIG_INT:忽略该信号
SIG_DFL采用系统默认的方式处理信号
自定义的信号处理函数指针告诉内核处理哪一个信号，第二个参数告诉内核采用哪种处理方式
返回值：成功：设置之前的信号处理方式
出错 -1

可以在自定义函数中完成想做的事，函数执行完后返回主进程，自定义函数的参数就是signal的参数一
exit（）时间是发送一个SIGCHLD信号也可以用signal处理

共享内存

查看IPC对象 ipcs -m查看共享内存 -q查看消息队列-s查看信号灯
删除IPC对象， ipcrm -m id
key_t ftok（const char*filename char id）
参数一：指定文件路径（需要当前目录中存在这个文件）
参数二：一个字符。一个序号用来生成key
两个进程使用相同的参数便可生成相同的KEY值

头文件sys/types。h sys/ipc。h sys/shm。h
int shmget（key_t，key，int size，int shmflg）
参数1： IPC_PRIVATE宏，用于有亲缘关系的进程或者ftok函数的返回值
参数2：共享内存区的大小
参数3：权限位，类似OPEN函数
函数返回：成功共享内存段标识符，失败-1

voidshmat（int shmid，const voidshmaddr，int shmflg）
参数一：共享内存ID号
参数二：映射到的地址，NULL为系统自动完成
参数三：SHM_RDONLY共享内存只读
默认是0 表示共享内存可读写
返回值：成功返回映射后的地址，失败：NULL
删除映射地址
int shmdt（const void*shmaddr）
参数：共享内存映射后的地址
成功0 出错-1
共享内存特点
创建之后，一直存在于内核中，直到被删除或系统关闭
共享内存和管道不一样，读取后，内容仍在其共享内存中。

in shmctl（int shmid，int cmd ，struck shmid ds*buf）
参数1：要操作的共享内存标识符
参数2：IPC_STAT（获取对象属性）
IPC_SET（设置对象属性）
IPC_RMID（删除对象）
参数3：知道IPC_STAT/IPC_SET时用以保存/设置属性
函数返回值成功0出错-1

消息队列
是一个链式队列类似链表
内核空间维护消息队列会有一个结构体包含消息的ID号，创建时间，以及第一个消息和最后一个消息的地址
每个消息中有消息类型，指向下一个消息的地址。

头文件sys/yepes。h sys/ipc。h sys/msg。h
int msgget（key_t key，int flag）
参数一：key值，与共享内存的相同
参数二：标志位，同open
返回值成功消息队列ID 出错-1

int msgsnd （int msqid，const void*msgp，size_t size，int flag）
参数一：消息队列ID
参数2：指向消息的指针，常用结构体做消息，一般结构如下
struct mybuf
{
long type；（消息类型）
char buf【】；（消息正文）
}；
参数3 ：消息正文的大小
参数4：IPC_NOWAIT 消息没有发送完成函数也会立即返回
0阻塞方式，直到发送完成函数才返回
返回值成功0 出错-1

int msgctr （int msgqid，int cmd，struct msqid_ds*buf）
参数1：消息队列的队列ID
参数2：IPC_SATA：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
IPC_RMID：从系统中删除消息队列
参数3：buf 消息队列的缓冲区
返回值成功0出错-1

int msgrev（int msgid viod*msgp size_t size，long msgtype ，int flag）
参数1：消息队列ID
参数2：接收消息的缓冲区（也是前面定义的结构体）
参数3：要接受的消息的字节数
参数4：0：接收消息队列中的第一个消息
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大于msgtyp 的绝对值且类型最小的消息
参数5：0 zusefangs
IPC_NOWAIT若没有消息，函数立即返回，非阻塞消息
返回值成功为接收到消息的长度，失败-1
读之前用memset 清除一下缓存的内容

信号灯
信号灯是信号量的集合，对一个集合进行操作
头文件sys/types，sys/ipc。h sys/sem。h
int semget（key_t key，int nsems，int semflg）
参数1：key同上
参数2：信号灯集所包含的信号灯数目（以数组的形式管理）
参数3：访问权限
返回值成功信号灯集ID 出错-1

int semctl（int semid，int semnum，int cmd，。。。union semun arg（不是地址））
参数1：信号灯集ID
参数2：要修改的信号灯编号
参数3：GETVAL：获取信号灯的值
SETVAL：设置信号灯的值
IPC-RMID：从系统中删除信号灯集合
参数4：可有可无也可加NULL 用设置时看设置的值多少
返回值成功0 出错-1
union semun
{
int val； SETVAL；设置信号灯的值
struct semid _dsbuf；IPC_SATA（获取对象属性）IPC_SET（设置对象属性）
unsigned shortarray
struct seminfo*buf
}
初始化信号量的值要用这个共同体定义一个联合体mysemun。val=0然后用semctl把值修改进去

信号灯用semop来实现pv操作
int smeop （int semid，struct sembuf*opsptr，size_t nops）
参数1：信号灯集ID
参数2：struct sembuf
{
short sem_num 要操作的信号灯编号
short sem_op； 0 等待，直到信号灯的值编程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非阻塞,SEM_UNDO 撤销操作
};若通过kill命令把其中一个进程杀死，且该进程还没有执行V操作释放资源。若使用SEM_UNDO标志，则操作系统将自动释放该进程持有的信号量，从而使得另外一个进程可以继续工作。若没有这个标志，另外进程将P操作永远阻塞。先创建结构体，定义了结构体变量，然后改变初始值之后在调用函数。
参数3：要操作的信号灯个数
POLIX信号量
#include <semaphore.h>
函数原型：sem_t *sem_open(const char *name,int oflag,mode_t mode,unsigned int value);
参数：
name 信号灯的外部名字（文件名）
oflag 选择创建或打开一个现有的信号灯，flag参数能是0、O_CREAT（创建一个信号灯）或O_CREAT|O_EXCL（如果没有指定的信号灯就创建），如果指定了O_CREAT，
mode 权限位
value 信号灯初始值
返回值：
成功时返回指向信号灯的指针，出错时为SEM_FAILED