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1、進程間通訊概述
進程通訊有以下一些目的:
A、數據傳輸:一個進程須要將它的數據發送給另外一個進程,發送的數據量在一個字節到幾M字節之間
B、共享數據:多個進程想要操做共享數據,一個進程對共享數據的修改,別的進程應該馬上看到。
C、通知事件:一個進程須要向另外一個或一組進程發送消息,通知它(它們)發生了某種事件(如進程終止時要通知父進程)。
D、資源共享:多個進程之間共享一樣的資源。爲了做到這一點,須要內核提供鎖和同步機制。
E、進程控制:有些進程但願徹底控制另外一個進程的執行(如Debug進程),此時控制進程但願可以攔截另外一個進程的全部陷入和異常,並可以及時知道它的狀態改變。
Linux 進程間通訊(IPC)如下以幾部分發展而來:
早期UNIX進程間通訊、基於System V進程間通訊、基於Socket進程間通訊和POSIX進程間通訊。
UNIX進程間通訊方式包括:管道、FIFO、信號。
System V進程間通訊方式包括:System V消息隊列、System V信號燈、System V共享內存、
POSIX進程間通訊包括:posix消息隊列、posix信號燈、posix共享內存。
如今linux使用的進程間通訊方式:
(1)管道(pipe)和有名管道(FIFO)
(2)信號(signal)
(3)消息隊列
(4)共享內存
(5)信號量
(6)套接字(socket)
2、管道通訊
普通的Linux shell都容許重定向,而重定向使用的就是管道。例如:
ps | grep vsftpd .管道是單向的、先進先出的、無結構的、固定大小的字節流,它把一個進程的標準輸出和另外一個進程的標準輸入鏈接在一塊兒。寫進程在管道的尾端寫入數據,讀進程在管道的道端讀出數據。數據讀出後將從管道中移走,其它讀進程都不能再讀到這些數據。管道提供了簡單的流控制機制。進程試圖讀空管道時,在有數據寫入管道前,進程將一直阻塞。一樣,管道已經滿時,進程再試圖寫管道,在其它進程從管道中移走數據以前,寫進程將一直阻塞。管道主要用於不一樣進程間通訊。
管道建立與關閉
建立一個簡單的管道,可使用系統調用pipe()。它接受一個參數,也就是一個包括兩個整數的數組。若是系統調用成功,此數組將包括管道使用的兩個文件描述符。建立一個管道以後,通常狀況下進程將產生一個新的進程。
系統調用:pipe();
原型:int pipe(int fd[2]);
返回值:若是系統調用成功,返回0。若是系統調用失敗返回-1:
errno=EMFILE(沒有空親的文件描述符)
EMFILE(系統文件表已滿)
EFAULT(fd數組無效)
注意:fd[0]用於讀取管道,fd[1]用於寫入管道。
圖見附件
管道的建立
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int pipe_fd[2];
if(pipe(pipe_fd)<0){
printf("pipe create error\n");
return -1;
}
else
printf("pipe create success\n");
close(pipe_fd[0]);
close(pipe_fd[1]);
}
管道的讀寫
管道主要用於不一樣進程間通訊。實際上,一般先建立一個管道,再經過fork函數建立一個子進程。圖見附件。
子進程寫入和父進程讀的命名管道:圖見附件
管道讀寫注意事項:
能夠經過打開兩個管道來建立一個雙向的管道。但須要在子理程中正確地設置文件描述符。必須在系統調用fork()中調用pipe(),不然子進程將不會繼承文件描述符。當使用半雙工管道時,任何關聯的進程都必須共享一個相關的祖先進程。由於管道存在於系統內核之中,因此任何不在建立管道的進程的祖先進程之中的進程都將沒法尋址它。而在命名管道中卻不是這樣。管道實例見:pipe_rw.c
#include<unistd.h>
#include<memory.h>
#include<errno.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int pipe_fd[2];
pid_t pid;
char buf_r[100];
char* p_wbuf;
int r_num;
memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));數組中的數據清0;
if(pipe(pipe_fd)<0){
printf("pipe create error\n");
return -1;
}
if((pid=fork())==0){ //子進程中
printf("\n");
close(pipe_fd[1]);
sleep(2);
if((r_num=read(pipe_fd[0],buf_r,100))>0){
printf("%d numbers read from be pipe is %s\n",r_num,buf_r);
}
close(pipe_fd[0]);
exit(0);
}else if(pid>0){ //父進程中
close(pipe_fd[0]);
if(write(pipe_fd[1],"Hello",5)!=-1)
printf("parent write success!\n");
if(write(pipe_fd[1]," Pipe",5)!=-1)
printf("parent wirte2 succes!\n");
close(pipe_fd[1]);
sleep(3);
waitpid(pid,NULL,0); //等待子進程,直到子進程退出爲止。
exit(0);
}
}
標準流管道
與linux中文件操做有文件流的標準I/O同樣,管道的操做也支持基於文件流的模式。接口函數以下:
庫函數:popen();
原型:FILE *open (char *command,char *type);
返回值:若是成功,返回一個新的文件流。若是沒法建立進程或者管道,返回NULL。管道中數據流的方向是由第二個參數type控制的。此參數能夠是r或者w,分別表明讀或寫。但不能同時爲讀和寫。在Linux 系統下,管道將會以參數type中第一個字符表明的方式打開。因此,若是你在參數type中寫入rw,管道將會以讀的方式打開。
使用popen()建立的管道必須使用pclose()關閉。其實,popen/pclose和標準文件輸入/輸出流中的fopen()/fclose()十分類似。
庫函數:pclose();
原型:int pclose(FILE *stream);
返回值:返回系統調用wait4()的狀態。
若是stream無效,或者系統調用wait4()失敗,則返回-1。注意此庫函數等待管道進程運行結束,而後關閉文件流。庫函數pclose()在使用popen()建立的進程上執行wait4()函數,它將破壞管道和文件系統。
流管道的例子。
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#define BUFSIZE 1024
int main(){
FILE *fp;
char *cmd="ps -ef";
char buf[BUFSIZE];
buf[BUFSIZE]='\0';
if((fp=popen(cmd,"r"))==NULL)
perror("popen");
while((fgets(buf,BUFSIZE,fp))!=NULL)
printf("%s",buf);
pclose(fp);
exit(0);
}
命名管道(FIFO)
基本概念
命名管道和通常的管道基本相同,但也有一些顯著的不一樣:
A、命名管道是在文件系統中做爲一個特殊的設備文件而存在的。
B、不一樣祖先的進程之間能夠經過管道共享數據。
C、當共享管道的進程執行完全部的I/O操做之後,命名管道將繼續保存在文件系統中以便之後使用。
管道只能由相關進程使用,它們共同的祖先進程建立了管道。可是,經過FIFO,不相關的進程也能交換數據。
命名管道建立與操做
命名管道建立
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname,mode_t mode);
返回:若成功則爲0,若出錯返回-1
一旦已經用mkfifo建立了一個FIFO,就可用open打開它。確實,通常的文件I/O函數(close,read,write,unlink等)均可用於FIFO。當打開一個FIFO時,非阻塞標(O_NONBLOCK)產生下列影響:
(1)在通常狀況中(沒有說明O_NONBLOCK),只讀打開要阻塞到某個其餘進程爲寫打開此FIFO。相似,爲寫而打開一個FIFO要阻塞到某個其餘進程爲讀而打開它。
(2)若是指一了O_NONBLOCK,則只讀打開當即返回。可是,若是沒有進程已經爲讀而打開一個FIFO,那麼只寫打開將出錯返回,其errno是ENXIO。相似於管道,若寫一個尚無進程爲讀而打開的FIFO,則產生信號SIGPIPE。若某個FIFO的最後一個寫進程關閉了該FIFO,則將爲該FIFO的讀進程產生一個文件結束標誌。
FIFO相關出錯信息:
EACCES(無存取權限)
EEXIST(指定文件不存在)
ENAMETOOLONG(路徑名太長)
ENOENT(包含的目錄不存在)
ENOSPC(文件系統餘空間不足)
ENOTDIR(文件路徑無效)
EROFS(指定的文件存在於只讀文件系統中)
fifo_write.c
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#define FIFO "/tmp/myfifo"
main(int argc,char** argv)
{
char buf_r[100];
int fd;
int nread;
if((mkfifo(FIFO,O_CREAT|O_EXCL)<0)&&(errno!=EEXIST))
printf("cannot create fifoserver\n");
printf("Preparing for reading bytes....\n");
memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));
fd=open(FIFO,O_RDONLY|O_NONBLOCK,0);
if(fd==-1)
{
perror("open");
exit(1);
}
while(1){
memset(buf_r,0,sizeof(buf_r));
if((nread=read(fd,buf_r,100))==-1){
if(errno==EAGAIN)
printf("no data yet\n");
}
printf("read %s from FIFO\n",buf_r);
sleep(1);
}
pause();
unlink(FIFO); //刪除已經存在的fifo
}
fifo_read.c
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#define FIFO_SERVER "/tmp/myfifo"
main(int argc,char** argv)
{
int fd;
char w_buf[100];
int nwrite;
if(fd==-1)
if(errno==ENXIO)
printf("open error;no reading process\n");
fd=open(FIFO_SERVER,O_WRONLY|O_NONBLOCK,0);
if(argc==1)
printf("Please send something\n");
strcpy(w_buf,argv[1]);
if((nwrite=write(fd,w_buf,100))==-1)
{
if(errno==EAGAIN)
printf("The FIFO has not been read yet. Please try later\n");
}
else
printf("write %s to the FIFO\n",w_buf);
}
3、信號
信號概述
信號是軟件中斷。信號(signal)機制是Unix系統中最爲古老的進程之間的能信機制。它用於在一個或多個進程之間傳遞異步信號。不少條件能夠產生一個信號。
A、當用戶按某些終端鍵時,產生信號。在終端上按DELETE鍵一般產生中斷信號(SIGINT)。這是中止一個已失去控制程序的方法。
B、硬件異常產生信號:除數爲0、無效的存儲訪問等等。這些條件一般由硬件檢測到,並將其通知內核。而後內核爲該條件發生時正在運行的進程產生適當的信號。例如,對於執行一個無效存儲訪問的進程產生一個SIGSEGV。
C、進程用kill(2)函數可將信號發送給另外一個進程或進程組。天然,有些限制:接收信號進和發送信號進程的全部都必須相同,或發送信號進程的的全部者必須是超級用戶。
D、用戶可用Kill(ID 值)命令將信號發送給其它進程。此程序是Kill函數的界面。經常使用此命令終止一個失控的後臺進程。
E、當檢測到某種軟件條件已經發生,並將其通知有關進程時也產生信號。這裏並非指硬件產生條件(如被0除),而是軟件條件。例如SIGURG(在網絡鏈接上傳來非規定波特率的數據)、SIGPIPE(在管道的讀進程已終止後一個進程寫此管道),以及SIGALRM(進程所設置的鬧鐘時間已經超時)。
內核爲進程生產信號,來響應不一樣的事件,這些事件就是信號源。主要信號源以下:
(1)異常:進程運行過程當中出現異常;
(2)其它進程:一個進程能夠向另外一個或一組進程發送信號;
(3)終端中斷:Ctrl-c,Ctro-\等;
(4)做業控制:前臺、後臺進程的管理;
(5)分配額:CPU超時或文件大小突破限制;
(6)通知:通知進程某事件發生,如I/O就緒等;
(7)報警:計時器到期;
Linux中的信號
一、SIGHUP 二、SIGINT(終止) 三、SIGQUIT(退出) 四、SIGILL 五、SIGTRAP 六、SIGIOT 七、SIGBUS 八、SIGFPE 九、SIGKILL 十、SIGUSER 十一、 SIGSEGV SIGUSER 十二、 SIGPIPE 1三、SIGALRM 1四、SIGTERM 1五、SIGCHLD 1六、SIGCONT 1七、SIGSTOP 1八、SIGTSTP 1九、SIGTTIN 20、SIGTTOU 2一、SIGURG 2二、SIGXCPU 2三、SIGXFSZ 2四、SIGVTALRM 2五、SIGPROF 2六、SIGWINCH 2七、SIGIO 2八、SIGPWR
經常使用的信號:
SIGHUP:從終端上發出的結束信號;
SIGINT:來自鍵盤的中斷信號(Ctrl+c)
SIGQUIT:來自鍵盤的退出信號;
SIGFPE:浮點異常信號(例如浮點運算溢出);
SIGKILL:該信號結束接收信號的進程;
SIGALRM:進程的定時器到期時,發送該信號;
SIGTERM:kill命令生出的信號;
SIGCHLD:標識子進程中止或結束的信號;
SIGSTOP:來自鍵盤(Ctrl-Z)或調試程序的中止掃行信號
能夠要求系統在某個信號出現時按照下列三種方式中的一種進行操做。
(1)忽略此信號。大多數信號均可使用這種方式進行處理,但有兩種信號卻決不能被忽略。它們是:SIGKILL和SIGSTOP。這兩種信號不能被忽略的,緣由是:它們向超級用戶提供一種使進程終止或中止的可靠方法。另外,若是忽略某些由硬件異常產生的信號(例如非法存儲訪問或除以0),則進程的行爲是示定義的。
(2)捕捉信號。爲了作到這一點要通知內核在某種信號發生時,調用一個用戶函數。在用戶函數中,可執行用戶但願對這種事件進行的處理。若是捕捉到SIGCHLD信號,則表示子進程已經終止,因此此信號的捕捉函數能夠調用waitpid以取得該子進程的進程ID以及它的終止狀態。
(3)執行系統默認動做。對大多數信號的系統默認動做是終止該進程。每個信號都有一個缺省動做,它是當進程沒有給這個信號指定處理程序時,內核對信號的處理。有5種缺省的動做:
(1)異常終止(abort):在進程的當前目錄下,把進程的地址空間內容、寄存器內容保存到一個叫作core的文件中,然後終止進程。
(2)退出(exit):不產生core文件,直接終止進程。
(3)忽略(ignore):忽略該信號。
(4)中止(stop):掛起該進程。
(5)繼續(contiune):若是進程被掛起,剛恢復進程的動行。不然,忽略信號。
信號的發送與捕捉
kill()和raise()
kill()不只能夠停止進程,也能夠向進程發送其餘信號。
與kill函數不一樣的是,raise()函數運行向進程自身發送信號
#include<sys/types.h>
#include<signal.h>
int kill(pid_t pid,int signo);
int raise(int signo);
兩個函數返回:若成功則爲0,若出錯則爲-1。
kill的pid參數有四種不一樣的狀況:
(1)pid>0將信號發送給進程ID爲pid的進程。
(2)pid==0將信號發送給其進程組ID等於發送進程的進程組ID,並且發送進程有許可權向其發送信號的全部進程。
(3)pid<0將信號發送給其進程組ID等於pid絕對值,並且發送進程有許可權向其發送信號的全部進程。如上所述同樣,「全部進程」並不包括系統進程集中的進程。
(4)pid==-1 POSIX.1未定義種狀況
kill.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<signal.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
{
pid_t pid;
int ret;
if((pid==fork())<0){
perro("fork");
exit(1);
}
if(pid==0){
raise(SIGSTOP);
exit(0);
}else {
printf("pid=%d\n",pid);
if((waitpid(pid,NULL,WNOHANG))==0){
if((ret=kill(pid,SIGKILL))==0)
printf("kill %d\n",pid);
else{
perror("kill");
}
}
}
}
alarm和pause函數
使用alarm函數能夠設置一個時間值(鬧鐘時間),在未來的某個時刻時間值會被超過。當所設置的時間被超事後,產生SIGALRM信號。若是不忽略或不捕捉引信號,則其默認動做是終止該進程。
#include<unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int secondss);
返回:0或之前設置的鬧鐘時間的餘留秒數。
參數seconds的值是秒數,通過了指定的seconds秒後產生信號SIGALRM。每一個進程只能有一個鬧鐘時間。若是在調用alarm時,之前已爲該進程設置過鬧鐘時間,並且它尚未超時,則該鬧鐘時間的餘留值做爲本次alarm函數調用的值返回。之前登記的鬧鐘時間則被新值代換。
若是有之前登記的還沒有超過的鬧鐘時間,並且seconds值是0,則取消之前的鬧鐘時間,其他留值仍做爲函數的返回值。
pause函數使用調用進程掛起直至捕捉到一個信號
#include<unistd.h>
int pause(void);
返回:-1,errno設置爲EINTR
只有執行了一信號處理程序並從其返回時,pause才返回。
alarm.c
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
int ret;
ret=alarm(5);
pause();
printf("I have been waken up.\n",ret);
}
信號的處理
當系統捕捉到某個信號時,能夠忽略誰信號或是使用指定的處理函數來處理該信號,或者使用系統默認的方式。信號處理的主要方式有兩種,一種是使用簡單的signal函數,別一種是使用信號集函數組。
signal()
#include<signal.h>
void (*signal (int signo,void (*func)(int)))(int)
返回:成功則爲之前的信號處理配置,若出錯則爲SIG_ERR
func的值是:(a)常數SIGIGN,或(b)常數SIGDFL,或(c)當接到此信號後要調用的的函數的地址。若是指定SIGIGN,則向內核表示忽略此信號(有兩個信號SIGKILL和SIGSTOP不能忽略)。若是指定SIGDFL,則表示接到此信號後的動做是系統默認動做。當指定函數地址時,咱們稱此爲捕捉此信號。咱們稱此函數爲信號處理程序(signal handler)或信號捕捉函數(signal-catching funcgion).signal函數原型太複雜了,若是使用下面的typedef,則可使其簡化。
type void sign(int);
sign *signal(int,handler *);
實例見:mysignal.c
#include<signal.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void my_func(int sign_no)
{
if(sign_no==SIGINT)
printf("I have get SIGINT\n");
else if(sign_no==SIGQUIT)
printf("I have get SIGQUIT\n");
}
int main()
{
printf("Waiting for signal SIGINT or SIGQUTI\n");
signal(SIGINT,my_func);
signal(SIGQUIT,my_func);
pasue();
exit(0);
}
信號集函數組
咱們須要有一個能表示多個信號——信號集(signal set)的數據類型。將在sigprocmask()這樣的函數中使用這種數據類型,以告訴內核不容許發生該信號集中的信號。信號集函數組包含水量幾大模塊:建立函數集、登記信號集、檢測信號集。
圖見附件。
建立函數集
#include<signal.h>
int sigemptyset(sigset_t* set);
int sigfillset(sigset_t* set);
int sigaddset(sigset_t* set,int signo );
int sigdelset(sigset_t* set,int signo);
四個函數返回:若成功則爲0,若出錯則爲-1
int sigismember(const sigset_t* set,int signo);
返回:若真則爲1,若假則爲0;
signemptyset:初始化信號集合爲空。
sigfillset:初始化信號集合爲全部的信號集合。
sigaddset:將指定信號添加到現存集中。
sigdelset:從信號集中刪除指定信號。
sigismember:查詢指定信號是否在信號集中。
登記信號集 登記信號處理機主要用於決定進程如何處理信號。首先要判斷出當前進程阻塞能不能傳遞給該信號的信號集。這首先使用sigprocmask函數判斷檢測或更改信號屏蔽字,而後使用sigaction函數改變進程接受到特定信號以後的行爲。 一個進程的信號屏蔽字能夠規定當前阻塞而不能遞送給該進程的信號集。調用函數sigprocmask能夠檢測或更改(或二者)進程的信號屏蔽字。 #include<signal.h> int sigprocmask(int how,const sigset_t* set,sigset_t* oset); 返回:若成功則爲0,若出錯則爲-1 oset是非空指針,進程是當前信號屏蔽字經過oset返回。其次,若set是一個非空指針,則參數how指示如何修改當前信號屏蔽字。 用sigprocmask更改當前信號屏蔽字的方法。how參數設定: SIG_BLOCK該進程新的信號屏蔽字是其當前信號屏蔽字和set指向信號集的並集。set包含了咱們但願阻塞的附加信號。 SIG_NUBLOCK該進程新的信號屏蔽字是其當前信號屏蔽字和set所指向信號集的交集。set包含了咱們但願解除阻塞的信號。 SIG_SETMASK該進程新的信號屏蔽是set指向的值。若是set是個空指針,則不改變該進程的信號屏蔽字,how的值也無心義。 sigaction函數的功能是檢查或修改(或二者)與指定信號相關聯的處理動做。此函數取代了UNIX早期版本使用的signal函數。 #include<signal.h> int sigaction(int signo,const struct sigaction* act,struct sigaction* oact); 返回:若成功則爲0,若出錯則爲-1 參數signo是要檢測或修改具體動做的信號的編號數。若act指針非空,則要修改其動做。若是oact指針爲空,則系統返回該信號的原先動做。此函數使用下列結構: struct sigaction{ void (*sa_handler)(int signo); sigset_t sa_mask; int sa_flags; void (*sa_restore); }; sa_handler是一個函數指針,指定信號關聯函數,能夠是自定義處理函數,還能夠SIG_DEF或SIG_IGN; sa_mask是一個信號集,它能夠指定在信號處理程序執行過程當中哪些信號應當被阻塞。 sa_flags中包含許多標誌位,是對信號進行處理的各類選項。具體以下: SA_NODEFER\SA_NOMASK:當捕捉到此信號時,在執行其信號捕捉函數時,系統不會自動阻塞此信號。 SA_NOCLDSTOP:進程忽略子進程產生的任何SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN和SIGTOU信號 SA_RESTART:可以讓重啓的系統調用從新起做用。 SA_ONESHOT\SA_RESETHAND:自定義信號只執行一次,在執行完畢後恢復信號的系統默認動做。 檢測信號是信號處理的後續步驟,但不是必須的。sigpending函數運行進程檢測「未決「信號(進程不清楚他的存在),並進一步決定對他們作何處理。 sigpending返回對於調用進程被阻塞不能遞送和當前未決的信號集。 #include<signal.h> int sigpending(sigset_t * set); 返回:若成功則爲0,若出錯則爲-1 信號集實例見:sigaction.c #include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<signal.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> void my_func(int signum){ printf("If you want to quit,please try SIGQUIT\n"); } int main() { sigset_t set,pendset; struct sigaction action1,action2; if(sigemptyse(&set)<0) perror("sigemptyset"); if(sigaddset(&set,SIGQUIT)<0) perror("sigaddset"); if(sigaddset(&set,SIGINT)<0) perror("sigaddset"); if(sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,NULL)<0) perror("sigprcmask"); esle{ printf("blocked\n"); sleep(5); } if(sigprocmask(SIG_UNBLOCK,&set,NULL) perror("sigprocmask"); else printf("unblock\n"); while(1){ if(sigismember(&set,SIGINT)){ sigemptyset(&action1.sa_mask); action1.sa_handler=my_func; sigaction(SIGINT,&action1,NULL); }else if(sigismember(&set,SIGQUIT)){ sigemptyset(&action2.sa_mask); action2.sa_handler=SIG_DEL; sigaction(SIGTERM,&action2,NULL); } } }