Linux下进程间的通信

进程通信

目的

1. 数据传输
2. 资源共享
3. 控制进程
4. 通知事件

通信分类

管道

1. 匿名管道
2. 命名管道

System V IPC

1. System V 消息队列
2. System V 共享内存
3. System V 信号量

POSIX IPC

1. 消息队列
2. 共享内存
3. 信号量
4. 互斥量
5. 条件变量
6. 读写锁

管道通信

管道是一个进程到另一个进程之间的数据流

匿名管道

匿名管道适合父子进程之间通信的场景。
用pipe函数来创建一个匿名管道连接父子进程，从而实现进程之间的通信：
int pipe(int fd[]);
fd:文件描述符数组，其中fd[0]表示读端，fd[1]表示写端。
返回值：成功创建管道返回0，失败返回错误代码。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
	int fds[2] = {0};
	int ret = pipe(fd);
	if (0 != ret){
		perror("pipe\n");
		exit(1);
	}
	pid_t pid = fork()
	if (0 == pid){
		close(fds[0]);
		const char* str = "I am child";
		write(fd[1], str, strlen(str));
		close(fd[1]);
		exit(0);
	}
	else if (pid > 0){
		close(fd[1]);
		char buf[1024] = {0};
		read(fd[0], buf, sizeof(buf));
		waitpid(pid, NULL, 0);
	}
	return 0;
}

规则：
当没有数据可读时
O_NONBLOCK disable:read调用阻塞，管道内有数据来时唤醒。
O_NONBLOCK enable:read 调用返回-1，errno值为EAGAIN。
当管道满时
O_NONBLOCK disable:write调用阻塞，管道内数据被读走时唤醒。
O_NONBLOCK enable:write调用返回-1，errno值为EAGAIN。
所有管道写端对应的文件描述符被关闭时，read返回0
所有管道读端对应的文件描述符被关闭时，write操作会产生信号SIGPIPE，进而导致write进程退出
写入数据量不大于PIPE_BUF时，linux将保证写入的原子性，否则不再保证
特点
只能用于具有共同祖先的进程（具有亲缘关系的进程）之间进行通信，通常来说，一个管道由另一个进程创建，然后该进程调用fork（），此后父子进程之间就可应用该管道通信
管道提供流式服务
一般而言，管道的生命周期随进程
一般而言，内核会对管道操作进行同步与互斥
管道是半双工的，数据只能向一个方向流动，需要双方通信时，需要建立两个管道

命名管道

命名管道可以解决非父子进程场景下的通信问题，不同于匿名管道，使用命名管道会在用户目录下会生成一个FIFO特殊类型文件。该文件可以像普通文件一样打开，也能进行普通文件一样的操作。生成该文件既可用命令生成，也可在程序内用函数生成。这个命令和函数名称都为mkfifo。
int mkfifo(const char* filename, mode_t mode);
参数
filename显而易见为文件名
mode和open函数中的mode相同。
返回值
成功创建时返回0，失败时返回-1。

//proc_write.c
int main()
{
	if ((mkfifo("fifo", 00644) < 0){
		perror("mkfifo");
		return 1;
	}
	fd = open("fifo", O_WRONLY, 00644);
	char* buf = "Hello World!";
	write(fd, buf, strlen(buf));
	close(fd);
	return 0;
}

//proc_read.c
int main()
{
	int fd = open("fifo", O_RDONLY, 00644);
	char buf[1024] = {0};
	read(fd, buf, sizeof(buf));
	printf("%s\n", buf);
	close(fd);
	return 0;
}

匿名管道与命名管道的区别
匿名管道由pipe函数创建并打开
命名管道由mkfifo函数创建，打开用open
FIFO与pipe之间唯一的区别就在于它们创建与打开的方式不同，一旦这些工作完成之后，她们具有相同的语义。
命名管道的打开规则
如果当前打开操作是为读而打开FIFO时
O_NONBLOCK disable:阻塞直到有相应进程为写而打开该FIFO
O_NONBLOCK enable:立刻返回成功
如果当前打开操作是为写而打开FIFO时
O_NONBLOCK disable:阻塞直到有相应进程为读而打开该FIFO
O_NONBLOCK enable:立刻返回失败，错误码为ENXIO

System V 共享内存

共享内存函数
key_t ftok(const char* pathname, int proj_id);
功能：产生一个键值
参数
pathname：文件名
proj_id：用来取低8位和文件inode的低16位来合成key_t键值，所以proj_id的取值范围为0~255。
返回值
成功时返回key_t，失败时返回-1

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg)
功能：创建一个共享内存
参数
key：这个共享内存的键值
size：共享内存的大小
shmflg：由九个权限标志构成，用法和创建文件时使用的mode模式标志相同。
返回值：
成功返回一个非负整数，即该共享内存的标识码，失败返回-1。

void* shmat(int shmid, const void* shmaddr, int shmflg);
功能：将共享内存段链接至进程地址空间
参数
shmid：共享标识符
shmaddr：指定链接的地址
shmflg：它的两个取值可能是SHM_RND和SHM_RDONLY
返回值：
成功返回一个指针，指向共享内存第一个字节，失败返回-1。
说明：
shmaddr为NULL时，核心自动选择一个地址
shmaddr不为NULL且shmflg无SHM_RND标记，则以shmaddr为连接地址
shmaddr不为NULL且shmflg设置为SHM_RND标记，则连接的地址会自动向下调整为SHMLBA的整数倍。公式：shmaddr-(shmaddr % SHMLBA)
shmflg = SHM_RDONLY，表示连接操作用来只读共享内存

int shmat(const void* shmaddr);
功能：将共享内存段与当前进程脱离
参数
shmaddr：由shmat返回的指针
返回值
成功返回0，失败返回-1
注意：将共享内存段与当前进程脱离不等于删除共享内存段

int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);
参数
shmid:由shmget返回的共享内存标识码
cmd：将要采取的动作（有三个可取值）
buf：指向一个保存着共享内存的模式状态和访问权限的数据结构
返回值
成功返回0，失败返回-1

cmd	说明
IPC_STAT	把shmid_ds结构中的数据设置为共享内存的当前关联值
IPC_SET	在进程有足够权限的前提下，把共享内存的当前关联值设置为shmid_ds数据结构中给出的值
IPC_RMID	删除共享内存段

//server.c
#include <stdio.h>                                                                                                                                             
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
 
 
int main()
{
    int k = ftok("myfile", 0x6666);
    int shmid = shmget(k, 4096, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0644);
    if (shmid < 0){
        perror("shmget");
        return 1;
    }
 
    char* mem = shmat(shmid, NULL, 0);
 
    char c = 'a';
    while (c <= 'z'){
        mem[c-'a'] = c;
        c++;
        sleep(1);
    }
 
    shmdt(mem);
 
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
    return 0;

//client.c
#include <stdio.h>                                                                                                                                             
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>
 
int main()
{
    int k = ftok("myfile", 0x6666);
    int shmid = shmget(k, 4096, IPC_CREAT);
    if (shmid < 0){
        perror("shmget");
        return 1;
    }
 
    char* mem = shmat(shmid, NULL, 0);
 
    while (1){
        if (strlen(mem) > 0)
            printf("%s\n", mem);
        else
            break;
    }
 
    shmdt(mem);
 
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
    return 0;

注意：共享内存没有同步与互斥