课堂笔记八之嵌入式Linux多任务

一、嵌入式Linux多任务：进程、线程

1、区分
硬件条件：单个CPU单个核
单任务：一个任务执行完毕之后下个任务才能执行；
多任务：任务的执行可以被中断，中断之后可以执行其他任务（并发/并行）。
并发：指多个任务同时被触发（不一定同时执行）；
并行：指多个任务同时进行。
单核CPU：并发；
多核CPU：既存在并发，也存在并行。
2、进程
进程：实现多任务
特点：
1）给每个进程分配独立的地址空间，4G大小（1G内核，3G用户空间：栈、堆、数据段、代码段）；
2）互不干扰。
3、进程创建方式：fork > exec函数族 > system > vfork（按使用频率排序）
4、进程的退出：exit()库函数/清理缓冲、_exit()系统调用API/不清理缓冲；
5、进程等待：wait()
解决：僵尸进程
6、Linux下特殊进程：僵尸进程、孤儿进程、守护进程、控制台进程和后台进程
学习目标：学会创建多任务程序：进程

二、进程间通信（IPC）

1、广义上的进程间通信：通过文件、内存或数据库进行父子进程间的数据传输。
（普通文件）



2、狭义上的真正的“进程间通信”（由内核提供的方法：内核作为中转池）
（1）管道
1）无名管道：内核开辟一个“管道”，通信的进程通过共享这个管道，实现通信。
定义：int pipe(int pipefd[2]);
特点：
a.管道只允许具有血缘关系的进程间通信，如父子进程间的通信；
b.管道只允许单向通信；
c.读管道时，如果没有数据的话，读操作会休眠（阻塞），写数据时，缓冲区写满会休眠（阻塞）。








2）有名管道
定义：int mkfifo(const char *pathname,mode_t mode);
使用步骤：
a.进程调用mkfifo创建有名管道；
b.open打开有名管道；
c.read/write读写管道进行通信。
特点：
a.任意两个进程通信；
b.使用一个“有名管道”是无法实现双向通信的，因为也涉及到抢数据的问题。
c.实现双向通信：创建两个管道，一个管道用来读，一个管道用来写





（2）消息队列：由内核创建的用于存放消息的链表。
1）消息组成：
消息编号：识别消息用；
消息正文：真正的信息内容。
2）使用步骤：
a.使用msgget函数创建新的消息队列、或者获取已存在的某个消息队列，并返回唯一标识消息队列的b.标识符，后续收发消息就是使用这个标识符来实现的；
c.收发消息；
d.使用msgctl函数，利用消息队列标识符删除消息队列。
3）消息队列API：
int msgget(key_t key, int msgflg);
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);
ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);
4）特点：
a.传送有格式的消息流；
b.多进程网状交叉通信时，消息队列是上上之选；
c.能实现大规模数据的通信。



（3）共享内存：让同一块物理内存被映射到进程A、B各自的进程地址空间。进程A可以即时看到进程B对共享内存中数据的更新。
1）使用步骤：
a.进程调用shmget函数创建新的或获取已有共享内存；
b.进程调用shmat函数，将物理内存映射到自己的进程空间；
c.shmdt函数，取消映射；
d.调用shmctl函数释放开辟的物理内存空间。
2）共享内存API：
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
int shmdt(const void *shmaddr);
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
3）特点：
a.减少进入内核空间的次数；
b.直接使用地址来读写缓存时，效率会更高，适用于大数据量的通信。
（4）信号量：当多个进程/线程进行共享操作时，用于资源保护，以防止出现相互干扰的情况。
1）资源保护的操作：
互斥：多进程共享操作时，多个进程间不关心谁先操作、谁后操作的先后顺序问题，只关心一件事，即我操作时别人不能操作；
同步：多个共享操作时，进程必须要有同一操作的步调，按照一定顺序操作；
解决方法：加锁。
2）使用步骤：
a.进程调用semget函数创建新的信号量集合，或者获取已有的信号量集合；
b.调用semctl函数给集合中的每个信号量设置初始值；
c.调用semop函数，对集合中的信号量进行pv操作（加锁解锁）；
d.调用semctl删除信号量集合。
3）信号量API：
int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
int semctl(int semid, int semnum, int cmd, …);
int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
4）pv操作：
p操作（加锁）：对信号量的值进行-1，如果信号量的值为0，p操作就会阻塞；
v操作（解锁）：对信号量的值进行+1，v操作不存在阻塞问题。