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Linux进程间通讯,目录,Linux IPC概述信号（signal）信号量（semaphore）消息 队 列命名管道共享内存套接字,Linux IPC概述,信号（signal）：亲缘进程和非亲缘进程都可以，也可以进程自己给自己递送信号。信号量（semaphore）：主要是线程间和亲缘进程间的同步手段，不做数据传输之用。消息 队 列：就是一个消息的链表。就是把消息看作一个记录，并且这个记录具有特定的格式以及特定的优先级。管道：只允许亲缘进程间的通讯。命名管道（FIFO）：除了亲缘进程可以通讯外，非亲缘进程也可以通讯。共享内存：多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的IPC方式。在进程间传递数据时无须任何内存的拷贝。套接字：最通用的进程间通讯方式，它提供了一种让不同机器上进程间通讯方式。,信号(signal),信号(signal)是一种进程间通信机制，它给应用程序提供一种异步的软件中断，使应用程序有机会接受其他程序活终端发送的命令(即信号)。应用程序收到信号后，有三种处理方式：忽略，默认，或捕捉。进程收到一个信号后，会检查对该信号的处理机制。如果是SIG_IGN，就忽略该信号；如果是SIG_DFT，则会采用系统默认的处理动作，通常是终止进程或忽略该信号；如果给该信号指定了一个处理函数(捕捉)，则会中断当前进程正在执行的任务，转而去执行该信号的处理函数，返回后再继续执行被中断的任务。,简单signal函数,typedef void(*sighandler_t)(int)sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);返回原信号处理函数，或SIG_ERR signal()是最简单的给进程安装信号处理器的函数，第一个参 数指定信号，第二个参数为该信号指定一个处理函数。信号屏蔽字(process signal mask)每个进程都会有一个信号屏蔽字，它规定了当前进程要阻塞的信号集。对于每种可能的信号，信号屏蔽字中都会有一位与之对应，如果该位被设置，该信号当前就是阻塞的。进程可以通过sigprocmask()来获得和修改当前进程的信号屏蔽字。,信号集(signal set),信号集是一种特殊的数据类型，由于无法确定信号的多少，所以不能用简单数据类型来包含所有可能的信号，所以系统就定义了一个sigset_t的数据类型专门用于信号集。同时还定义了一族用于处理信号集的函数。这样用户可以不必关心信号集的实现，只要使用这组函数来处理信号集就可以了。信号集函数 int sigemptyset(sigset_t*set);int sigfillset(sigset_t*set);int sigaddset(sigset_t*set,int signum);int sigdelset(sigset_t*set,int signum);int sigismember(sigset_t*set,int signum);sigemptyset()和sigfillset()都用于初始化一个信号集，前者用于清空信号集中所有的信号，后者则用于设置信号集中所有的信号；信号集在使用前必须要经过初始化，初始化后，就可以用sigaddset()和sigdelset()往信号集里添加删除信号了。sigismember()用于判断指定信号是否在信号集中。,信号量（semaphore）,信号量本质上是一个非负的整数计数器，它被用来控制对公共资源的访问。当公共资源增加时，调用函数sem_post（）增加信号量。只有当信号量值大于时，才能使用公共资源，使用后，函数sem_wait（）减少信号量。函数sem_trywait（）和函数pthread_ mutex_trylock（）起同样的作用，它是函数sem_wait（）的非阻塞版本。它们都在头文件/usr/include/semaphore.h中定义。信号量的数据类型为结构sem_t，它本质上是一个长整型的数。函数sem_init（）用来初始化一个信号量。它的原型为：extern int sem_init _P(sem_t*_sem,int _pshared,unsigned int _value);sem为指向信号量结构的一个指针；pshared不为时此信号量在进程间共享，否则只能为当前进程的所有线程共享；value给出了信号量的初始值。函数sem_post(sem_t*sem)用来增加信号量的值。当有线程阻塞在这个信号量上时，调用这个函数会使其中的一个线程不在阻塞，选择机制同样是由线程的调度策略决定的。函数sem_wait(sem_t*sem)被用来阻塞当前线程直到信号量sem的值大于0，解除阻塞后将sem的值减一，表明公共资源经使用后减少。函数sem_trywait(sem_t*sem)是函数sem_wait（）的非阻塞版本，它直接将信号量sem的值减一。函数sem_destroy(sem_t*sem)用来释放信号量sem。,消息 队 列,消息 队 列 就是一个消息的链表。就是把消息看作一个记录，并且这个记录具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以按照一定的规则添加新消息;对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读出消息。消息 队 列 是随内核持续的并和进程相关，只有在内核重起或者显示删除一个消息队列时，该消息队列才会真正被侧除。因此系统中记录消息队列的数据结构(struct ipc_idsmsg ids)位于内核中，系统中的所有消息队列都可以在结构msg ids中找到访问入口。,消息 队 列 的编程接口(AP,(1)m s gge t:调用者提供一个消息队列的键标(用于表示一个消息队列的唯一名字)，当这个消息队列存在的时候，这个消息调用负责返回这个队列的标识号;如果这个队列不存在，就创建一个消息队列，然后返回这个消息队列的标识号，主要由sys msgge收行。(2)m s gsn d:向一个消息队列发送一个消息，主要由sys_msgsnd执行。(3)m s grc v:从一个消息队列中收到一个消息，主要由sys-m sgrcv执行。(4)m s gct l:在消息队列上执行指定的操作。根据参数的不同和权限的不同，可以执行检索、删除等的操作，主要由sys msgctl执行。,管道,#include int pipe(int pipefd2);pipe用来创建一个管道，这个管道用于父子进程间的通讯。pipefd0是管道的读端，pipefd1是管道的写端。由于管道是单向的，所有一个进程需要关闭写端或者读端。写端不存在时，读端会收到文件结束符。读端不存在时，写端会收到SIGPIPE信号。成功返回0，失败返回-1.缺点：只能用于亲缘进程间通讯。,管道,管道是半双工的，当需要双向通讯时，需要两个管道。只能用于父子进程和兄弟进程等有亲缘关系的进程。数据写入时，放在管道的结尾。数据读取时，从管道的头开始读取。,f o r k之后做什么取决于我们想要有的数据流的方向。对于从父进程到子进程的管道，父进程关闭管道的读端（f d 0），子进程则关闭写端（f d 1）,Fork后的半双工管道,从父进程到子进程的管道对于从子进程到父进程的管道，父进程关闭fd1，子进程关闭fd0,命名管道(FIFO),命名管道可以在所有进程间使用，克服了管道只能在亲缘进程通讯的限制。命名管道与一个路径名相关联，以文件的形式存在于文件系统中。只要能访问该文件的进程就可以使用命名管道。命名管道也是先进先出，虽然以文件形式实现但不支持seek等操作。命名管道的数据并不是放在文件系统上。#include#include int mkfifo(const char*pathname,mode_t mode)第一个参数为路径名，第二个为创建类型。跟create函数的参数一样。进程只要打开这个文件，就可以往这个文件读和写。当多个进程往fifo里写时，linux只保证PIPE_BUF大小的字节数是原子的。成功返回0，失败返回-1。,命名管道的使用,shell命令mkfifo可在文件系统中创建命名管道命名管道fifo使用跟文件类似open打开，read/write来读取数据当以只读方式打开fifo时，阻塞open要等到有进程打开写fifo，反之也一样fifo有容量上限,#include FILE*popen(const char*command,const char*type);int pclose(FILE*stream);popen的作用相当于创建一个管道，然后再fork一个子进程，最后执行命令。根据命令的不同这个管道是可读或者可写。Command参数是一个shell命令用popen打开的文件描述必须用pclose关闭失败返回NULL,共享内存,共享内存是操作系统把同一块物理内存映射到不同进程的地址空间。效率高，无须拷贝。多个进程可以自由读写共享内存，所以需要同步机制。mmap、shmget、shmat、shmdt、shmctl,void*mmap(void*start,size_t len,int prot,int flags,int fd,off_t offset)mmap在进程地址空间创建一个映射。它既可以把一个文件映射到内存，也可以映射一块内存，实现进程间内存共享。mmap函数从文件偏移为offset开始，长度length字节的内容映射到进程空间。文件由fd表示映射进程空间的起始地址由start说明，但仅仅是一个提示不是必须。通常为0，让内核选择合适地址内存隐射大小以page为单位，而不是实际要求的字节数返回值为内存映射的起始地址。,prot描述了内存隐射的保护机制PROT_EXEC 页面可以被执行PROT_READ 页面可以读PROT_WRITE 页面可以写PROT_NONE 页面不能访问flags说明内存隐射的类型MAP_FIXED 隐射内存必须使用start指明的起始地址，地址必须以page对齐MAP_SHARED 隐射内存在亲缘进程间共享（exec执行前），如果是隐射文件，对内存的修改就是对文件的修改，但需要msync和munmap之后才能确保写到文件。MAP_PRIVATE 与MAP_SHARED相反。MAP_LOCKED 把隐射内存固定在物理内存中（mlock）MAP_ANONYMOUS 隐射内存不对应任何文件，仅仅是内存在进程共享。,int munmap(void*start,size_t length);int msync(void*start,size_t length,int flags);munmap删除内存隐射，并且对修改的文件作写回操作。msync把修改过的内容保存至硬盘上的文件。flags说明了msync如何执行sync MS_SYNC 直到更新后函数才返回 MS_ASYNC 异步更新，直接返回 MS_INVALIDATE 隐射同一个文件的不同隐射内存之间同步实例 ipc/mmap_file.c,共享内存,有内核维护共享内存，共享内存一旦建立，一直保留在系统中。直到系统重启或者共享内存被移除。,当key为IPC_PRIVATE时，会新创建一个共享内存，msgflg也只有权限位起作用当key为其它值，key对应的消息队列不存在，以及msgflg中有IPC_CREAT，也会创建新共享内存用IPC_CREAT 和 IPC_EXCL来检测共享内存是否存在msgflg的最低几为bits，用来表示消息队列的权限，跟open的mode一样。内核中共享内存的属性有 shmid_ds来描述,#include#include int shmget(key_t key,size_t size,int shmflg);,#include#include void*shmat(int shmid,const void*shmaddr,int shmflg);int shmdt(const void*shmaddr);,shmat函数把shmid标识的共享内存隐射到调用进程的地址空间。shmaddr为NULL，内核选择隐射地址shmaddr不建议设置其它值shmflg 0 共享内存可读可写 SHM_RDONLY 共享内存只读 SHM_RND 会把shaddr设置成page对齐shmdt从调用进程中去掉共享内存，参数为shmat的返回值,#include#include int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds*buf);,shmctl动态改变共享内存属性主要的cmd有IPC_STAT 从内核获取shmid_ds的信息IPC_SET 设置用户ID，权限等IPC_RMID 从内核移除共享内存,socket,socket接口是TCP/IP网络的API，也称作“套接字”，用于描述IP地址和端口。Socket建立 为了建立socket，程序可以调用socket函数，该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。socket函数原型为：int socket(int domain,int type,int protocol);domain指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP协议族）；type参数指定socket的类型：SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，socket接口还定义了原始socket（SOCK_RAW），允许程序使用低层协议；protocol通常赋值 0。socket()调用返回一个整型socket描述符，你可以在后面的调用使用它。,socket配置,通过socket调用返回一个socket描述符后，在使用socket进行网络传输以前，必须配置该socket。面向连接的socket客户端通过调用connect函数在socket数据结构中保存本地和远端信息。无连接socket的客户端和服务端以及面向连接socket的服务端通过调用 bind函数来配置本地信息。bind函数将socket与本机上的一个端口相关联，随后你就可以在该端口监听服务请求。bind函数原型为：int bind(int sockfd,struct sockaddr*my_addr,int addrlen);Sockfd是调用socket函数返回的socket描述符,my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针；addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。,连接建立,面向连接的客户程序使用connect函数来配置socket并与远端服务器建立一个TCP连接，其函数原型为：int connect(int sockfd,struct sockaddr*serv_addr,int addrlen);Sockfd 是socket函数返回的socket描述符；serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针；addrlen是远端地质结构的长度。connect函数在出现错误时返回-1，并且设置errno为相应的错误码。进行客户端程序设计无须调用bind()，因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址，而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心，socket执行体为你的程序自动选择一个未被占用的端口，并通知你的程序数据什么时候到达端口。connect函数启动和远端主机的直接连接。只有面向连接的客户程序使用socket时才需要将此socket与远端主机相连。无连接协议从不建立直接连接。面向连接的服务器也从不启动一个连接，它只是被动的在协议端口监听客户的请求。listen函数使socket处于被动的监听模式，并为该socket建立一个输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程序处理它们。int listen(int sockfd，int backlog);Sockfd 是socket系统调用返回的socket 描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数，进入的连接请求将在队列中等待accept()它们（参考下文）。Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为20。如果一个服务请求到来时，输入队列已满，该socket将拒绝连接请求，客户将收到一个出错信息。当出现错误时listen函数返回-1，并置相应的errno错误码。accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后，服务器就调用accept函数，然后睡眠并等待客户的连接请求。int accept(int sockfd,void*addr,int*addrlen);sockfd是被监听的socket描述符，addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息（某台主机从某个端口发出该请求）；addrten通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。出现错误时accept函数返回-1并置相应的errno值。首先，当accept函数监视的 socket收到连接请求时，socket执行体将建立一个新的socket，执行体将这个新socket和请求连接进程的地址联系起来，收到服务请求的初始socket仍可以继续在以前的 socket上监听，同时可以在新的socket描述符上进行数据传输操作。,数据传输,send()和recv()这两个函数用于面向连接的socket上进行数据传输。int send(int sockfd,const void*msg,int len,int flags);Sockfd是你想用来传输数据的socket描述符；msg是一个指向要发送数据的指针；Len是以字节为单位的数据的长度；flags一般情况下置为0（关于该参数的用法可参照man手册）。send()函数返回实际上发送出的字节数，可能会少于你希望发送的数据。在程序中应该将send()的返回值与欲发送的字节数进行比较。当send()返回值与len不匹配时，应该对这种情况进行处理。int recv(int sockfd,void*buf,int len,unsigned int flags);Sockfd是接受数据的socket描述符；buf 是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。Flags也被置为0。recv()返回实际上接收的字节数，当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方式下进行数据传输。由于本地socket并没有与远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址。int sendto(int sockfd,const void*msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr*to,int tolen);该函数比send()函数多了两个参数，to表示目地机的IP地址和端口号信息，而tolen常常被赋值为sizeof(struct sockaddr)。sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。int recvfrom(int sockfd,void*buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr*from,int*fromlen);from是一个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof(struct sockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1，并置相应的errno。如果你对数据报socket调用了connect()函数时，你也可以利用send()和recv()进行数据传输，但该socket仍然是数据报socket，并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。,结束传输,当所有的数据操作结束以后，你可以调用close()函数来释放该socket，从而停止在该socket上的任何数据操作。你也可以调用shutdown()函数来关闭该socket。该函数允许你只停止在某个方向上的数据传输，而一个方向上的数据传输继续进行。如你可以关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据，直至读入所有数据。int shutdown(int sockfd,int how);参数 how允许为shutdown操作选择以下几种方式：0-不允许继续接收数据 1-不允许继续发送数据 2-不允许继续发送和接收数据，均为允许则调用close()shutdown在操作成功时返回0，在出现错误时返回-1并置相应errno。,