Linux进程间通信详解-优快云博客

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1 Linux进程间通信方式

1.1 继承早期unix进程间通讯方式

1、无名管道（pipe）；
2、有名管道（fifo）；
3、信号灯（signal）。

1.2 System V IPC（ Inter-Process Communication 进程间通信）

1、共享内存（share memory）；
2、消息队列（message queue）；
3、信号灯集（semaphore set）。

以上六种通讯方式用于本地进程间通讯。

1.2.1 System V IPC对象共同特点

1、IPC 对象包含：共享内容、消息队列和信号灯集；
2、每个IPC 对象有唯一的ID；
3、IPC对象创建后一直存在，直到进程结束或被显式的删除。所以，使用完IPC对象一定要记得删除。
4、Linux shell下常用IPC命令：
ipcs：查看IPC对象；
ipsrm：删除IPC对象。
5、每个IPC对象有一个关联的KEY（非负整数）。
KEY可以看做是IPC对象的属性，其作用是使不同的进程能打开同一个IPC对象。因为IPC对象的ID只能被创建其的进程获取，其他进程无法获取，所以想多个进程访问同一个IPC对象时只能利用KEY。
当KEY等于0时，表示其关联的IPC对象时私有的，只有创建它的进程可以打开它；当KEY为非零数时，多个进程可以方位此KEY关联的IPC对象。
生成IPC对象KEY值的函数
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当多个进程想访问同一IPC对象时，这几个进程必须都调用ftok函数，且要使用相同测参数以保证KEY值一样。

1.3 套接字（socket）

套接字进程间通讯方式可用于本地，也可用于网络，但是一般是用于网络。

2 无名管道（pipe）

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2.1 无名管道的特点

1、只能用于具有亲缘关系的进程之间的通讯。亲缘关系的进程：父子进程、兄弟进程、祖孙进程。
2、（一个无名管道）单工的通信模式，具有固定的读端和写端。要想实现双工，就得创建两个无名管道。
3、无名管道创建时会返回两个文件描述符，分别用于读管道和写管道。

2.2 无名管道的创建

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注：EOF的值为-1。

注：管道内的数据是存在内存中的，只要被其它程序读一次，数据就消失了。

2.3 无名管道（有名管道）的读写特性

2.3.1 读特性

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2.3.2 写特性

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管道断裂指的是程序异常结束，也就是被信号结束。

3 有名管道（fifo）

3.1 定义

有名管道：管道被创建后有实际的文件与之对应，该文件有文件名、有路径，其文件类型属于管道文件（管道文件可读、可写，但是不能执行）。
　　有名管道对应文件后，对其操作变的就简单化了，就是对文件的操作。

3.1 有名管道特点

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3.3 有名管道创建函数

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3.4 有名管道读写特性

1、参见“2.3 无名管道（有名管道）的读写特性”；
2、当只有读端或只有写端是，打开有名管道（文件）时进程会阻塞等待。直到读端和写端同时存在，才能打开有名管道（文件）。

4 信号灯（signal）-中断

4.1 定义

信号：信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟（正在执行的程序收到信号时会暂停，然后去响应信号，响应完信号后程序返回继续往下执行。），是一种异步通信方式（一个进程可随时就收信号，不需要做特殊处理）。
注：一个被执行的程序=进程。

4.2 进程对信号的响应方式

1、缺省方式，即默认处理方式；
2、忽略信号，即对信号不处理，相当于没有收到信号；
3、捕捉信号，也称注册信号，进程中对某一种或某一类信号设定信号处理函数，当进程收到该信号时就调用该信号的处理函数。

4.3 信号类型

Linux内核通过信号通知用户进程，信号分为不同的类型，代表不同的事件，如下图：
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4.4 信号发送命令和函数

4.4.1 信号发送命令

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4.4.2 信号发送函数

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1、kill 可以向某一个进程或进程组发信号；
2、raise 只能向当前进程发信号；
3、参数pid取-1时，表示向除了init进程和本身进程以外的所有进程发信号；
4、参数sig习惯用宏，而不是数字。

4.5 创建定时器函数

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1、Linux下一个程序中只能有一个定时器，当创建第n个定时器时，第n-1个定时器就失效了；
2、参数seconds为0时，表示取消当前计时器；
3、alarm函数常用于实现超时检测。

4.6 睡眠函数

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函数pause使进程进入阻塞等待状态（睡眠），直到进程收到一个信号。进程先响应信号，然后从pause函数往下执行。

4.7 信号与函数关联函数

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singal函数不是信号发送函数，它的作用是把信号和信号处理函数关联起来（也称为捕捉信号）。

5 System V IPC-共享内存

5.1 共享内存特点

1、共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存，而不需要任何数据拷贝；
2、共享内存在内存中空间创建，可被进程映射到用户空间访问，使用灵活（进程不能直接访问内存空间）；
3、由于多个进程可同时访问共享内存，因此需要同步和互斥机制配合使用。

5.2 共享内存使用步骤及相应函数

5.2.1 创建或打开共享内存

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注：1、参数key值取IPC_PRIVATE宏（其值为0）时，表示这段共享内存是私有的，其只能被创建自己的进程访问，其他进程不能访问。流程如下去图。
2、参数size指共享内存的大小，单位为字节。

5.2.2 映射共享内存

即把指定的共享内存映射到进程地址空间用于访问
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5.2.3 读写共享内存

1、由“5.2.2 映射共享内存”可知，共享内存映射函数返回值为指针，共享内存的访问形式（目标）就是指针。即我们通过指针访问共享内存。指针的类型取决于共享内存中存放的数据的类型。如下图所示的例子。
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5.2.4 撤销共享内存映射

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5.2.1 删除共享内存对象

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注：1、shmctl 函数不仅能删除共享内存，而且能设置共享内存、获取共享内存属性，这都取决于其参数cmd的设置。
2、参数cmd取值：cmd取IPC_STAT时，shmctl函数的作用是获取共享内存属性；cmd取IPC_SET时，shmctl函数的作用是设置共享内存；cmd取IPC_RMID时，shmctl函数的作用是删除共享内存。

5.3 共享内存注意事项

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1、因每块共享内存大小有限制，查询共享内存大小shell命令：ipcs -l；修改共享内存大小shell路劲：cat /proc/sys/kernel/shmmax。
2、共享内存删除时间点：调用共享内存删除函数shmctl（shmid，IPC_RMID，NULL）后并未真正删除共享内存，只是将其标记为删除。只有当共享内存相关的映射都取消，或相关进程都关闭时，才会真正删除共享内存。

6 System V IPC-消息队列

6.1 消息队列定义

消息队列就是一个消息的列表。用户可以在消息队列中添加消息、读取消息等。

6.2 消息队列特点

1、消息队列是 System V IPC对象的一种；
2、消息队列由消息队列ID来唯一标识；
3、消息队列可以按照类型来发送/接受消息（最大特点）。

6.3消息队列结构

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1、一个结构体（msqid_ds（））描述消息队列属性；
2、一个链表存放消息队列数据。

6.4 消息队列使用步骤及相关函数

6.4.1 创建或打开消息队列-msgget函数

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注：1、参数key值取IPC_PRIVATE宏（其值为0）时，表示这个消息队列是私有的，其只能被创建自己的进程访问，其他进程不能访问。

6.4.2 向消息队列发送消息-msgsnd函数

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消息格式

6.4.1 从消息队列接受信息-msgrcv函数

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注：参数msgtype如果取0，表示不是按消息类型接受，而是按消息产生的时间接受，即接受时间上最早的消息。

6.4.1 删除消息队列-msgctl函数

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注：1、msgctl 函数不仅能删除消息队列，而且能设置消息队列、获取共享内存属性，这都取决于其参数cmd的设置。
2、参数cmd取值：cmd取IPC_STAT时，msgctl函数的作用是获取共享内存属性；cmd取IPC_SET时，msgctl函数的作用是设置共享内存；cmd取IPC_RMID时，msgctl函数的作用是删除共享内存；
3、调用msgctl函数删除消息队列时会立刻删除，不像删除共享内存时需要等待。