进程通信
前言
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通信背景：
目的：
1. 数据传输：
- 含义：一个进程将其数据发送给另一进程
- 举例：下棋落一子
2. 资源共享：
- 含义：两个进程共享相同的数据
- 举例：下棋时当前的棋局
3. 事件通知：
4. 进程控制：
分类：
1. 管道通信：
- 匿名管道：适用于含有亲属关系的进程对之间
- 命名管道：适用于任意两进程之间，但常用于无亲属关系的进程
2. System V IPC：
- 消息队列
- 共享内存
- 信号量
3. Posix PC：
- 消息队列
- 共享内存
- 信号量
- 互斥量
- 条件变量
- 读写锁
匿名管道：
原理：
- 父子进程通过将内容相同的file_struct，可以“看见同一块内存”
- 写时拷贝：
- 发生条件：父子进程对自己的内存地址空间操作时发生
- 文件操作：只有操作系统才有权力对file进行操作，进程不可直接操作
- 匿名管道：
- 管道文件：
核心函数：
pipe()：
int pipefd[2];
if(pipe(pipefd) < 0){
perror(pipe error);
return -1;
}
系统调用接口：
实例演示：
- 父进程写，子进程读：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(){
int pipefd[2];
if(pipe(pipefd) < 0){
perror("pipe error");
return -1;
}
pid_t pid = fork();
if(pid < 0){
perror("fork error");
return -2;
}else if(pid == 0){
close(pipefd[1]);
char buffer[100];
while(read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer))){
printf("子进程读取到：%s\n",buffer);
}
close(pipefd[0]);
exit(0);
}else {
close(pipefd[0]);
char* msg = "pipe()匿名管道\n";
write(pipefd[1], msg, sizeof(msg));
printf("父进程写入完成\n");
close(pipefd[1]);
}
return 0;
}
linux命令：
- |：将前命令的输出，作为后命令的输入
- 举例：
who | wc -l
#who输出的是该主机上的用户
#wc -l统计输入内容条数
命名管道：
原理：
核心函数：
mkfifo()：
#define FILE_NAME = "name_pipe"
#define mode 0644
if(mkfifo(FILE_NAME, mode) < 0){
perror("mkfifo error");
return -1;
}
int fd = open(FILE_NAME, O_RDWR);
if(fd < 0){
perror("open error");
return -2;
}
access()：
if(access(FILE_NAME, F_OK)){
if(mkfifo(FILE_NAME, 0644) < 0){
perror("mkfifo error");
return -1;
}
}
系统调用接口：
- open()：mkfile()返回值并不是直接打开命名管道的fd，所以需要我们根据FILE_NAME来手动打开文件
- close()
- write()
- read()
- 对命名管道的操作还是这四大文件调用接口，体现了linux下一切皆文件的思想
实例演示：
- 父进程读，子进程写：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <error.h>
#define FILE_NAME "name_pipe"
int main(){
if(access(FILE_NAME, F_OK)){
if(mkfifo(FILE_NAME, 0644) < 0){
perror("mkfifo error");
return -1;
}
}
pid_t pid = fork();
if(pid < 0){
perror("fork error");
return -2;
}else if(pid == 0){
int fd = open(FILE_NAME, O_RDONLY);
char buffer[100];
while(read(fd, buffer, sizeof(buffer))){
printf("子进程读取到：%s\n",buffer);
}
close(fd);
exit(0);
}else{
char* msg = "mkfifo命名管道\n";
int fd = open(FILE_NAME, O_WRONLY);
write(fd, msg, sizeof(msg));
printf("父进程写入完毕\n");
close(fd);
}
return 0;
}
linux命令：
-
mkfifo:
mkfifo fifo #在本目录下创建管道文件fifo -
> >> < <<：
cmd > file #将cmd的结果输出到file中，直接覆盖file cmd >> file #将cmd的结果输出到file中，追加输出 cmd < file #将file中内容输出到cmd命令中 -
利用命名管道mkfifo实现内容写入：
共享内存：
原理：
-
基本原理：进程地址空间的共享内存部分指向内存中同一区域
-
操作步骤：
-
共享内存管理：
由于每个进程都可以创建共享内存，所以OS需要对所有共享内存进行管理
- shmid：shared memory id，每块共享内存用户层面上的独立唯一标识
- key：每块共享内存系统层面上的独立唯一标识
核心函数：
ftok()：
- 作用：返回系统层面对于共享内存的唯一标识key_t
- ftok()：
key_t key = ftok(FILE_NAME, PROJ_ID);
if(key < 0){
perror("ftok error");
return -1;
}
-
参数：
-
返回值：
shmget()：
int shmid = shmget(key, SIZE, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0644);
if(shmid < 0){
perror("shmget error");
return -1;
}
- 参数：
- key：系统层面对于共享内存的唯一标识
- SIZE：预计开辟共享内存的大小，由于要与磁盘中分协同，所以只能是1024的整数倍
- 打开模式：IPC_CREAT为不存在则创建，IPC_CREAT | IPC_EXCL为不存在则报错，0644为创建的共享内存权限
- 返回值：
1. 获取共享内存成功：共享内存在用户层面的唯一标识shmid
2. 获取共享内存失败：-1
shmctl：
- 作用：删除shmid所指定的共享内存
- shmctl：
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
shmat()：
- 作用：将物理内存中开辟好的共享内存挂载到某个进程的进程地址空间中，供其使用
- shmat()：
char* shm = shmat(shmid, NULL, 0);
- 参数：
- shmid：用户层对共享内存的唯一标识
- NULL
- 0
- 返回值：
- 共享内存的起始地址（页表映射加工过）
- shmget()时规定了共享内存的空间大小
shmdt()：
- 作用：将已经挂载到某个进程的进程地址空间中的共享内存卸下
- shmdt()：
shmdt(shm);
- 参数：已经挂载的共享内存地址
实例演示：
#ifndef _COMMON_H_
#define _COMMIN_H_
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#define PATH_NAME "/home/whb/testipc"
#define PROJ_ID 0x8668 //此处可能冲突，报错就换个数字
#define SIZE 4096 //必须为1024倍数
#endif
- server.c：
#include "comm.h"
int main(){
key_t key = ftok(FILE_NAME, PROJ_ID);
if(key < 0){
perror("ftok error");
return -1;
}
int shmid = shmget(key, SIZE, IPC_CREAT);
if(shmid < 0){
perror("shmget error");
return -2;
}
char* shm = shmat(shmid, NULL, 0);
while(1){
printf("%s\n", shm);
}
shmdt(shmid);
return 0;
}
- client.c：
#include "comm.h"
int main(){
key_t key = ftok(FILE_NAME, PROJ_ID);
if(key < 0){
perror("ftok error");
return -1;
}
int shmid = shmget(key, SIZE, O_CREAT|O_EXCL|0644);
if(shmid < 0){
perror("shmger error");
return -2;
}
char* shm = shmat(shmid, NULL, 0);
int i=0;
while(1){
shm[i++] = 'A' + i;
shm[i] = 0;
sleep(1);
if(i == 27) break;
}
shmdt(shm);
return 0;
}
linux命令：
查看所有共享内存信息：
- 指令：
ipcs
###
------ Message Queues --------
key msqid owner perms used-bytes messages
------ Shared Memory Segments --------
key shmid owner perms bytes nattch status
0x00005feb 0 root 666 12000 1
0x650101d0 1 whb 0 4096 0
------ Semaphore Arrays --------
key semid owner perms nsems
###
- 字段解释：
- key：ftok()的运行结果，共享内存在系统层唯一特殊标识
- shmid：shmget()的运行结果，共享内存在用户层唯一特殊标识
- owner：创建者
- perms：权限
- bytes：共享内存大小
- nattch：共享内存关联进程数
- status：共享内存当前状态
删除指定共享内存命令：
- 命令：
ipcrm -m shmid
- 共享内存由内核创建，内核维护，生命周期由OS内核决定而非具体进程
- 即使创建共享内存的进程终止，共享内存也不会释放，除非ipcrm或者关机
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