进程间通讯之概念

进程间通信（interprocess communiction）

进程间通信方式：

①、信号

②、管道(命名 匿名)

③、消息队列

④、信号量

⑤、共享内存

⑥、socket

⑦、流

⑧、磁盘文件

⑨、环境变量

1、管道

管道是Unix系统ipc最古老的形式

#define PIPE_BUF 4096

管道每次可以写最大的数据为 PIPE_BUF（为原子操作4096个字符，并不是管道的buf就只有4096），用pathconf或fpathconf可以修改PIPE_BUF限制。

1.1、pipe（匿名管道）

a、用于有公共祖先的进程间通信（即由一个父进程创建后，之后父子进程之间的通讯）,为半双工通信管道,某些实现成全双工管道,但是不可移植的。

b、通一条管道，不能多个读。但可以多个写一个读（但对于pipe一般只有一个读，一个写。多写的一读的一般用FIFO）。

c、当读一个写端已闭的管道时,在所有数据被读完后返回0 以显式达到文件尾结束；

      当写一个读端被关闭的管道时,产生SIGPIPE的信号,write返回-1。

int pipe(int fd[2]); 

成功返回0 ，失败返回-1

read fd[0] ，write:fd[1]

1.2、FIFO （命名管道）

a、因为有fifo文件的存在，不相关的进程之间也可以通讯，已XSI IPC的一样。

b、打一个FIFO时,没有设置O_NONBLOCK产生下列影响。

c、读打开FIFO要阻塞到其他进程为写而打开,同样,写打开要阻塞到某个进程为读打开。

d、如果指定了O_NONBLOCK,则只读open立即返回,那么只写open将出错返回-1,errno==ENXIO。

int mkfifo(char *path,mode_t mode);

1.3、popen

popen的常见操作是：创建一个管道连接到另一个进程，然后读取其输出或向其输入端发送数据。

FILE *popen(char *cmd,const char *mode)

先执行fork然后调用exec以执行cmd,

如果type为 "r" 则返回文件指连接到cmd的stdout,

如果为"w"连接到cmd的stdin

int pclose(FILE *fp)

1.4、协同进程

unix系统过滤程序从标准输入读取数据,对其进适当处理后写到标准输出.当一个程序产生某个过滤程序的输入,同时又读取该过滤程序的输出时,则该过滤程序就成为协同进程.

2、XSI IPC

XSI的缺点：

a、IPC结构是在系统范围起作用的，没有访问计数。例如，一个进程创建了一个消息队列，在队列放了几则消息后退出。但退出后，消息队列和内容并没有被删除，残留在系统，直到某个进程调用了msgrcv或msgctrl或删除该消息队列。与管道不一样。

b、由于IPC结构是没有名字的，我们不能用open，read，fopen，fread等函数去访问和修改他们的特性。为此，系统不得不增加十几条全新的系统调用（msgget，semop，shmat等等）。而且，我们还是不能使用ls查看IPC对象，不能使用rm删除，也不能使用chmod来更改访问权限。于是不得不增加 新命令ipcs和ipcrm。

c、因为不能使用文件描述符，所以不能对他们使用多路转接I/O函数：select和poll。这就使得不能一次使用多个IPC结构，以及在文件或设备I/O中使用IPC结构例如：没有某种形式的忙-等待循环，就不能使一个服务器进程等待要放在两个消息队列任一个中的消息。

优点：

a、可靠

b、流受控制

c、面向记录

d、可以用非先进先出方式处理

标识与键

a、这个键就是使不同进程的一个回合，一个外部一致的名称来确定共享的内容。

b、每个内核中的 XSI IPC结构都用一个非负的整数的标识符加以引用,每一个对ipc对象都与一个键关联

常用的回合方法有三种：

a、服务进程指定IPC_PRIVATE创建一个新的IPC结构，然后把返回的标识符存放在文件，然后客户进程去文件读取。（个人的另一个想法，用环境变量来共享标识符，但一定不能用全局变量，进程间内存是隔离的）

b、公共头文件定义一个客户进程和服务进程大家都认可的键（如0x555）。但如果此键已存在，服务进程必须处理这情况：使用msgget，semget，shmget来出错返回，然后删除已存在的，再去创建。

c、使用创建一个键 key_t ftok(char *path,int id);

path必须引用的是一个现存的文件 产生键时只使用id参数的低8位

注意：ftok用的不多，因为当目标文件被操作过（如打开过），其获得的key将有所不同

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

int main(void)
{
    key_t key;

    key=ftok("/etc/services",88);
    printf("====>key:%d\n",key);

    return 0;
}

权限结构

XSI IPC为每一个IPC结构设置了一个ipc_perm结构 它至少实现以下几项

struct ipc_perm

{

__kernel_key_t key;

__kernel_uid_t uid;

__kernel_gid_t gid;

__kernel_uid_t cuid; //有效用户id

__kernel_gid_t cgid;

__kernel_mode_t mode; //access mode

};

2.1、消息队列

消息队列 :消息队列是消息的链接表,存入在内核中并由消息队列标识符标识

每一个消息队列有一个msqid_ds结构

struct msqid_ds { //linux 下的实现 每个平台互少实现前几项

struct ipc_perm msg_perm;

__kernel_time_t msg_stime; /* last msgsnd time */

__kernel_time_t msg_rtime; /* last msgrcv time */

__kernel_time_t msg_ctime; /* last change time */

unsigned short msg_qnum; /* number of messages in queue */

unsigned short msg_qbytes; /* max number of bytes on queue */

__kernel_ipc_pid_t msg_lspid; /* pid of last msgsnd */

__kernel_ipc_pid_t msg_lrpid; /* last receive pid */

unsigned long msg_lcbytes; /* Reuse junk fields for 32 bit */

unsigned long msg_lqbytes; /* ditto */

unsigned short msg_cbytes; /* current number of bytes on queue */

struct msg *msg_first; /* first message on queue,unused */

struct msg *msg_last; /* last message in queue,unused */

};

msgget：打开一个现有队列或创建一个新的队列

int msgget(key_t key,int flag); 成功返回消息队列ID 失败返回-1

当key为 IPC_PRIVATE 或 key是一个并不存在对象 并且flag为IPC_CREAT | 0644 创建一个新的队列

msgctl：控制操作一个消息队列

int msgctl(int msgpid,int cmd,struct msqid_ds *buf);

cmd决定执行的操作：

a、IPC_STAT 取此队列的msqid_ds结构存入buf中

b、IPC_SET 按buf中的值设置msg_per.uid,msg_qbytes(只有超级用户能改),msg_perm.gid, msg_perm.mode，因为要修改信息,所以能执行此命令的只有root user和有效用户ID等于msg_per.uid或msg_per.cuid

c、IPC_RMID 删除该消息队列以及仍在队列中的所有数据,该删除立即生效

msgsnd：将数据发送到消息队列

int msgsnd(int msgqid,const void *ptr,size_t nbytes,int flag);

每一个消由三部分组成:正长整型类型字段,非负长度以及实际数据字节,消息总是放在队尾

msgrcv：获取一个消息

ssize_t msgrcv(int msqid,void *ptr,size_t nbytes,long type,int flag);

nbytes说明数缓冲区的长度,如果消息大于nbytes,而且flag设置MSG_NOERROR,则截短并不通知我们,如是没有 MSG_NOERROR,则出错返回 E2BIG

参数type指定我们要哪种消息

type==0 返回队列第一个消息

type >0 返回消息类型为type的第一个信息

type <0 返回消息类型小于或等于type绝对值的消息,如果有多个,返回类型值最小的

2.2、信号量

semget：创建信号量 或 获取现在存的信号量

int semget(key_t key,int nsems,int flag)

nsems:表示信号量的数量

flag :同msgget

semctl：操作一个现有的信号量

int semctl(int semid,int semnum,int cmd,.../* union semun arg */)

semnum: [0] -- [nsems-1]

semop：

int semop(int semid,struct sembuf semoparray[],size_t nops) //nops 操作几个信号量

2.3、共享存储

void *shmget(key_t key,size_t size,int flag);

int shmctl(int shmid,int cmd,.../* */);

void *shmat(int shmid,void *addr,int flag);

int shmdt(const void *shmaddr);