嵌入式学习---进程间通信及网络通信

进程间与网络通信详解

原创已于 2024-08-22 21:29:20 修改 · 847 阅读

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于 2024-08-21 22:15:19 首次发布

一.进程间最高效的通信方式---内存共享（IPC通信方式的一种）//使用最多的

IPC通信包括共享内存，消息队列，信号量集

共享内存:
1.是一块，内核预留的空间
2.最高效的通信方式
//避免了用户空间到内核空间的数据拷贝

IPC通信方式 ---操作流程类似的
操作:
system v ：共享内存

   IPC对象操作通用框架：
   0x ftok
   key值 ==> 申请 ==》读写 ==》关闭 ==》卸载

//step1 产生key值
ftok函数原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
功能：
将pathname 和 proj_id 转换为 key值
参数:
@pathname //给一个路径名
@proj_id //工程id eg: 'A'
返回值
成功 key值
失败 -1

//step2 通过key获取ipc对象 (共享内存)
shmget 函数原型 //shared memory

//step2、申请对象：shmget()函数原型
   #include <sys/ipc.h>
   #include <sys/shm.h>
   ps aux|grep a.out
       shared memory get        IPC_CREAT|0666
   int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
   功能：
   使用唯一键值key向内核提出共享内存使用申请
   参数：key 唯一键值
       size 要申请的共享内存大小
       shmflg 申请的共享内存访问权限，八进制表示
       如果是第一个申请，则用IPC_CREAT
       如果要检测是否存在，用IPC_EXCL
   返回值：
   成功返回共享内存id，一般用shmid表示
           失败 -1；

share memory attach

//step3 共享内存绑定
shmat函数原型

   映射对象：shmat()
   void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
   功能：将指定shmid对应的共享内存映射到本地内存。
   参数：shmid 要映射的本地内存
       shmaddr 本地可用的地址，如果不确定则用NULL，表示
               由系统自动分配。
       shmflg
       0 , 表示读写
       SHM_RDONLY, 只读
   返回值：
   成功返回映射的地址，一般等于shmaddr
           失败 (void*)-1

//step4 解除绑定(映射)

   撤销映射：shmdt函数原型
   int shmdt(const void *shmaddr);
   功能：将本地内存与共享内存断开映射关系。
   参数：shmaddr 要断开的映射地址。
   返回值：成功 0
           失败 -1；

  //step5 销毁IPC对象
       删除对象：shmctl函数原型
   int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf); //ctl = control
   功能：
   修改共享内存属性，也可以删除指定的共享内存对象。
   参数：shmid 要删除的共享内存对象
       cmd
       IPC_RMID 删除对象的宏
       buff NULL 表示只删除对象。
   返回值：成功 0
           失败 -1

拓展：消息队列和信号量集

消息队列

信号量集

二.网络通信----不同主机间的通信方式（也可用于同一主机间通信）

OSI七层模型

TCP/IP的四层,五层协议

操作系统角度:

用户层应用层 <---- 程序员
-----------------[socket]----------------------
内核层    传输层 //这些层次操作系统已经实现
   网络层 //tcp/ip 协议栈 (网络协议栈)
   数据链路层
   物理层

IP
//用来标识网络中的一台主句 ---- 通过ip可以找到对应一台主机

本质: 32位整型数值
表示方式点分十进制

0~255
   192.168.1.149

   ip地址的组成:
   网络号 + 主机号
网络号 ---表示所处的网络
   主机号 ---表示能容纳的主机

ip分为几大类：

端口号
//用来表示主机中某一个具体(进行网络通信)进程

网络编程:
tcp / udp

TCP（即传输控制协议）：是一种面向连接的传输层协议，它能提供高可靠性通信(即数
据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信)

* 适用情况：
1. 适合于对传输质量要求较高，以及传输大量数据
的通信。
2. 在需要可靠数据传输的场合，通常使用TCP协议
3. QQ等即时通讯软件的用户登录账户管理相关
的功能通常采用TCP协议

tcp协议特点:
1. 面向连接 //类似打电话通话之前，必须先打通
2. 可靠传输 //保证数据准确可靠 (tcp协议机制里面的功能 )
3. 面向字节流程

UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议，是不可靠的无连接的协议。
在数据发送前，因为不需要进行连接，所以可以进行高效率的数据传输。

* 适用情况：
1. 发送小尺寸数据（如对DNS服务器进行IP地址查询时）
2. 在接收到数据，给出应答较困难的网络中使用UDP。（如：无
线网络）
3. 适合于广播/组播式通信中。
4. MSN/QQ/Skype等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通
讯通常采用UDP协议
5. 流媒体、VOD、VoIP、IPTV等网络多媒体服务中通常采用UDP
方式进行实时数据传输

UDP特点： //广播
1.不可靠
2.无连接
3.数据报
-----------------------------------------------------------------------------------
编程:
编程模型
c/s client server 客户端，服务器模型 --- 专用客户端
   b/s browser server 浏览器，服务器模型 --- 通用的客户端
   p2p peer to peer 点对点传输

基于UDP c/s通信模型:
//client ---客户端 --- 角色 --- 主动的角色
socket //1.一种特殊的文件 --- 专门用于网络通信(不同主机间的进程)
//2.socket 编程接口 --- socket 函数
//提供了一个可以访问操作系统网络功能的接口

sendto //发数据
...

//server --- 服务器端 --角色 --- 被动的角色
socket
recvfrom //接收数据
...

//socket

int socket(int domain, int type, int protocol);
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：程序向内核提出创建一个基于内存的套接字描述符
参数：
//domain --域 (范围) ---socket 用于什么范围的通信
   // ipv4
   //           ipv6
domain 地址族，PF_INET == AF_INET ==>互联网程序
                   PF_UNIX == AF_UNIX ==>单机程序
   type 套接字类型：
           SOCK_STREAM 流式套接字 ===》TCP
           SOCK_DGRAM 用户数据报套接字===>UDP
           //SOCK_RAW 原始套接字 ===》IP
   protocol 协议 ==》0 表示自动适应应用层协议。

返回值：

成功返回申请的套接字文件描述符
       失败 -1


ssize_t sendto( int sockfd, //用于通信的socket对应的fd
   const void *buf, //表示要发送的数据所在的一块空间
               size_t len, //表示发送的字节数
                   int flags, //0 --- 默认
const struct sockaddr *dest_addr, //表示要发送到的地址 (网络地址 ip+端口号 )
socklen_t addrlen //表示dest_addr 这个参数的长度
               );

   返回值:
   成功发送出去的字节的数
       失败 -1


       struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address IP */
};

/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};

端口号:
端口号: 16位数值(unsigned short ) //0~65535 (65536个数)
//标示一个进程
TCP和 UDP 的端口号是独立的
端口号:
(1)
   作用:唯一的标识一个进程
每一个应用程序进程有一个端口号，
   通讯时区分数据包属于哪个应用程序进程

(2) 分类

   端口号一般由IANA (Internet Assigned NumbersAuthority) 管理
众所周知端口：
1~1023（1~255之间为众所周知端口，256~1023端口通常由UNIX系统占用）
知名端口号(已经分配给标准应用服务软件)
如:
               http协议用到的端口号 80
已登记端口：
1024~49151
注册端口号(非标准应用服务软件的软件可以申请的端口号范围)
动态或私有端口：//50000 以上的端口号
49152~65535 动态分配的端口号(系统动态分配给应用程序使用的)

(3) 长度
2字节(16bit)

   leetcode //力扣



           00 12
   数字转换函数：
   #include <arpa/inet.h>
   1236234687
   主机转网络：
   uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
   ipv4 192.168.0.1 1~65535
               uint16_t htons(uint16_t hostshort);
   网络转主机：host to net
               net to host
               uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
               uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

htonl --- h(host) to n(network) l (long) //32位的数据
    htons --- h(host) to n(network) s (short) //16位的数据

   ntohl
ntohs --- n(network) to h(host) s (short)

   字符串转换函数：
   #include <sys/socket.h>
   #include <netinet/in.h>
   #include <arpa/inet.h>

   主机转网络：
   in_addr_t inet_addr(const char *cp);
   inet_addr("192.168.1.20");
   cli.sin_addr
   网络转主机：char *inet_ntoa(struct in_addr in); //a -- ascii