Linux进程间通信

进程间通信 IPC   **

        熟悉进程概念，掌握进程间通信机制
        基本介绍：干什么，如何通信，为何这么复杂
             进程间进行交流（数据传输，数据共享，进程间的控制，事件通知）
             因为进程的独立性，因此通信需要双方拥有公共的媒介才能通信
             而这个媒介由操作系统提供；因为通信场景不同，因此操作系统也
             提供多种不同的进程间通信方式
             
        进程间通信方式：
            1.管道：匿名管道/命名管道----半双工通信（可选方向通信）
                                        ----生命周期随进程
                                        ----自带同步与互斥<PIPE_BUF
               System V:共享内存，消息队列，信号量
               POSIX IPC:消息队列，共享内存，信号量，互斥量，条件变量，读写锁
               
               管道提供字节流服务:传输的是字节流
               
                 管道原理：操作系统在内核创建一块缓冲区，并且为用户提供管道
               的操作句柄（文件描述符），用户通过IO接口实现管道的操作；描述符
               共有两个，一个用于读数据，一个用于写数据
               
                 因为匿名管道是匿名的，其他进程在内核中无法找到这个管道
              因此匿名管道实现进程间通信只能用于具有亲缘关系的进程（子进程
              通过复制父进程pcb——>得到管道的操作句柄（两个文件描述符））
              
              管道读写特性：
                    若管道中没有数据，那么如果read读取数据，则会阻塞,直到读
                取到数据后返回；
                   若管道中数据满了，那么如果继续write写入数据则会阻塞，直到
                能够写入数据后返回
                   如果所有读端都关闭了，这时候write写入数据就会触发异常---
                SIGPIPE(导致程序退出);
                   如果所有写端都关闭了，这时候read读取数据，将数据读完后
               继续读则会返回0
            
               管道自带同步与互斥
                   同步：保证临界资源访问的时序可控性
                   互斥：保证临界资源的同一时间的唯一访问性
                   
            管道符的实现：连接两个命令，将第一个命令的输出结果作为第二个命令            
                   的输入数据进行处理
                   ls | grep make 
                   主进程创建两个子进程，在两个子进程中分别进行程序替换让两个
                   子进程分别运行ls程序和grep程序
                   ls程序是浏览目录，将结果写入到标准输入
                   grep程序是从标准输入读取数据（循环读取数据），进行过滤
                   
                 只有将所有写端关闭掉；管道没有数据读取的时候才不会阻塞，而是返回0
                 管道创建成功后，若没有用到管道的某一端，就把这一端关掉
                 
                 （1） 因为进程1，将执行的ls程序结果写入到了标准输出，而不是管道，并
                   没有将数据交给其他进程
                      因此需要对进程1，进行一个标准输出重定向，将ls的结果不是写入
                   到标准输出，而是写入到管道
                 （2）因为进程2，执行的grep程序是从标准输入读取数据处理，而不是管道，因
                   此无法获取前边命令的结果
                       因此需要对进程2，进行一个标准输入重定向，为了将本身从0指向的标
                   准输入读取数据改为从管道读取段读取数据

                  产生的问题：加入管道中数据已经被读完了，读取不到数据就会导致read阻塞
              从而导致进程二无法退出；因此需要将所有管道写入段关闭，这时候读取不到数

             据返回0，认为没有数据了，就会退出

命名管道：具有名字的管道--体现在文件系统的可见性
                    创建命名管道会在文件系统中创建一个管道文件，本机上的所有进程都可以
                通过打开这个管道文件进而访问管道实现进程间通信
                 命名管道可以实现同一主机上任意进程间通信
                 mkfifo test.fifo
                 
                命名管道 open 打开特性：
                      若管道文件以只读方式打开，但是当前这个管道文件又没有被其他进程
                    以写的方式打开，则阻塞到其他进程以写的方式打开这个管道文件
                      若管道文件以只写方式打开，但是当前这个管道文件又没有被其他进程
                    以读的方式打开，则阻塞到其他进程以读的方式打开这个管道文件
                      若管道以读写打开，则不会阻塞
                      
                命名管道读写特性类同于匿名管道
                
                命名管道与匿名管道的区别：
                      命名管道可以用于同一主机任意进程间通信，但是匿名管道只能用于具有
                  亲缘关系的进程间通信，---因为命名管道有名字（有文件可见于文件系统中）
                  
            2.共享内存
                  是进程间通信方式中最快的一种
                共享内存通信原理：在物理内存中开辟一块空间，并且把空间映射到各个进程
            的虚拟地址空间；这时候进程就可以通过虚拟地址对内存操作；相较于其他通信方式（将
            数据拷贝到内核态，用的时候再从内核态拷贝到用户态）少了两步用户态/内核态之间
            的数据拷贝过程，因此最快
               共享内存操作步骤：
                    （1）.创建共享内存：指定标识符，大小，权限                      shmget
                    （2）.将共享内存映射到虚拟地址空间---句柄，首地址           shmat
                    （3）.进行内存的任意操作---memcpy printf
                    （4）.解除映射关系                                                                      shmdt
                    （5）.删除共享内存（共享内存只能手动删除或者重启）       shmctl
                ipcs  查看所有进程的进程间通信方式
                       -m   查看共享内存
                       -s   查看信号量
                       -q   查看消息队列
                ipcrm -m shmid     删除 shmid 对应的共享内存
                
            3.消息队列
                   一个内核中创建的（优先级）队列--消息队列传输的是有类型的数据块
            4.信号量
                  一个具有等待队列的计数器---资源计数（等待/唤醒）
                  若计数<=0,表示没有资源，如果其他进程想要获取资源则进入等待
                  若计数>0，表示有资源可用，如果有其他进程想要获取资源，则获取，计数-1
                  若有其他进程放置了资源，计数+1;唤醒等待的进程
                  
                  实现进程间同步与互斥