linux學習筆記之進程間通訊

 

1、基礎知識。

1：進程通訊基礎（interProcess Communication, IPC）：管道，FIFO（命名管道），XSI IPC，POSIX 信號量。

2：管道。

　　1，缺陷。

　　　　1）部分系統支持全雙工（不肯定linux）

　　　　2）管道只能在具備公共祖先的兩個進程之間使用。

　　2，相關函數。

　　3，協同進程：一個過濾程序既產生某個過濾程序的輸入，又讀取該過濾程序的輸出。

3：FIFO。

　　1，做用：可以使 不相關的進程 進行通訊。

　　2，一些注意點。

　　　　1）FIFO路徑名存在於文件系統中。

　　3，一些用途。

　　　　1）shell命令使用FIFO將數據從一條管道傳送到另一條。無需建立中間文件。

　　　　2）C/S模式中，FIFO用做匯聚點，在客戶進程和服務器進程之間傳遞數據。

4：XSI IPC。

　　1，有三種：消息隊列，信號量，共享儲存器。

　　2，使用 非負整數 的標識符。數據類型爲： key_t <sys/types.h>

　　3，有多種方法使 客戶進程 和服務器進程 在同一IPC結構上匯聚。

　　　　1）服務器進程指定鍵IPC_PROVATE建立新IPC結構，並將標識符存放在某處，讓客戶進程取用。

　　　　2）在公共頭文件中定義一個 兩個進程 都承認的鍵。

　　　　3）兩個進程 承認一個路徑名和項目ID使用ftok函數將兩個值變成一個KEY。

　　4，基本問題。

　　　　1）IPC結構在系統範圍內起做用，沒有引用計數。

　　　　2）IPC結構在文件系統中沒有名字。

　　　　3）IPC不能使用文件描述符，因此不能對它們使用多路轉接IO函數。

　　5，消息隊列：消息的連接表。

　　6，信號量：一個計數器。用於爲多個進程提供對共享數據對象的訪問。

　　　　1）信號量一般在內核中實現。且減1操做爲原子操做。

　　　　2）進程終止時，內核會自動檢測信號量，並進行調整。

　　　　3）互斥量比信號量快不少。但若是可能儘可能使用信號量。由於信號量的心痛支持度較高，並且複雜性更低。

　　7，共享存儲：最快的IPC。

　　　　1）信號量可用於同步共享儲存訪問。

5：POSIX 信號量。

　　1，相對XSI優勢。

　　　　1）更高性能。

　　　　2）使用更簡單：沒有信號量集，部分操做統一化。

　　　　3）信號量刪除表現的更完美：直到最後一次使用後才釋放。

　　2，擁有兩種性是：命名的和未命名的。差別：建立和銷燬的形式上。

　　3，爲增長移植性，信號量命名應該有必定規則：

　　　　1）第一個字符爲 斜槓 / 。

　　　　2）名字不包含其餘斜槓以免實現定義的行爲。

　　　　3）信號量名最大長度由實現定義。

　　4，P470 客戶進程-服務器進程屬性。

2、相關函數。

1：管道。

1 建立管道。
　　int pipe( int fd[2] );
　　// 1 fd[0]爲讀 fd[1]爲寫。fd[1]的輸出是fd[0]的輸入。
2 建立一個管道，fork一個子進程，關閉未使用的管道端，執行一個shell命令，等待命令終止。
　　// !!!須要進一步瞭解者兩個函數原理和使用機制!!!
　　FILE *popen( cosnt char *cmdstring, const char *type );　　// fork --> exec and cmd --> return a ptr of IO.
　　int pclose( FILE *fp );
　　// 適用於簡單的過濾器程序

 

 2：FIFO：命名管道。

#include <sys/stat.h>
1 建立FIFO
　　int mkfifo( const char *path, mode_t mode );
　　int mkfifoat( int fd, const char *path, mode_t mode );
　　// 1 通常狀況下，都是阻塞到讀寫開始爲止。但設置非阻塞時，會當即返回-1，errno設置ENXIO。

 

 

 3：XSI IPC

1 經過路徑名+項目ID產生一個KEY。
　　key_t ftok( const char *path, int id );
　　// 1 參數path必須引用現有文件，參數id只使用低8位。
2 ipc_perm 權限和全部者.
　　struct ipc_perm
　　{
　　　　uid_t   uid;    // owner's effective user id.
　　　　gid_t   gid;    // owner's effective group id.
　　　　uid_t   cuid;   // creator's effective user id.
　　　　gid_t   cgid;   // creator's effective group id.
　　　　mode_t  mode;   // access modes
　　}  // 此爲最小結構。具體實現 可添加成員
3 消息隊列的信息結構 msqid_ds。
　　struct msqid_ds
　　{
　　　　struct ipc_perm      msg_perm;   // see section.
　　　　msgqnum_t            msg_qnum;   // # of messages on queue.
　　　　msglen_t             msg_qbytes; // max # of bytes on queue.
　　　　pid_t                msg_lspid;  // pid of last msgsnd()
　　　　pid_t                msg_lrpid;  // pid of last msgrcv()
　　　　time_t               msg_stime;  // last-msgsnd() time
　　　　time_t               msg_rtime;  // last-msgrcv() time
　　　　time_t               msg_ctime;  // last-change time
　　}
4 打開/建立 一個隊列。
　　int msgget( key_t key, int flag );
5 對 隊列 執行多種操做。
　　int msgctl( int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );
　　// 1 參數cmd：IPC_STAT, IPC_SET, IPC_RMID
6 將數據放到消息隊列中。
　　int msgsnd( int msqid, cosnt void *ptr, size_t nbytes, int flag );
　　// 1 參數ptr：指向mymesg結構。
7 從隊列取消息。
　　ssize_t megrcv( int msqid, void *ptr, size_t nbytes, long type, int flag );
　　// 1 參數type：>0時，以非 先進先出 的次序 獲取消息。
8 獲取一個信號量。
　　int semget( key_t key, int nsems, int flag );
9 多種信號量操做。
　　int semctl( int semid, int semnum, int cmd, .../* union semun arg */ );
　　// 1 參數cmd：IPC_STAT,IPC_SET,IPC_RMID,GETVAL...
10 自動執行信號量集合上的操做數組。
　　int semop( int semid, struct sembuf semoparray[], size_t nops );   // 具備原子性，或者執行全部，或者所有不執行。
　　struct sembuf
　　{
　　　　unsigned short    sum_num;   // member # in set (0, 1, ..., nsems-1)
　　　　short             sem_op;    // operation(negative, 0, or pasitive )
　　　　short             sem_flg;   // IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
　　}
11 內核爲每一個共享儲存段維護一個結構。
　　struct shmid_ds
　　{
　　　　struct ipc_perm  shm_perm;   // see section
　　　　size_t           shm_segsz;  // size of segment in bytes
　　　　pid_t            shm_lpid;   // pid of last shmop
　　　　pid_t            shm_cpid;   // pid of creator
　　　　shmatt_t         shm_nattch; // number of current attaches
　　　　time_t           shm_atime;  // last-attach time
　　　　time_t           shm_dtime;  // last-detach time
　　　　time_t           shm_ctime;  // last-change time
　　　　...
　　}
12 得到一個共享儲存標示符。
　　int shmget( key_t key, size_t size, int flag );
　　// 1 參數size：字節爲單位。一般爲系統頁長的整倍數。
13 對共享存儲 執行多種操做。
　　int shmctl( int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf );
　　// 1 參數cmd：IPC_STAT,IPC_SET,IPC_RMID,SHM_LOCK,SHM_UNLOCK
14 將共享存儲鏈接到進程中。
　　void shmat( int shmid, cosnt void *addr, int flag );
15 進程和共享存儲的分離操做（不刪除共享存儲）。
　　int shmdt( const void *addr );

 

4：POSIX 信號量。

1 建立信號量 / 使用現有信號量。
　　sem_t sem_open( const char *name, int oflag, mode_t mode, unsinged int value );
2 釋放信號量相關資源。
　　int sem_close( sem_t *sem );
3 銷燬一個命名信號量。
　　int sem_unlink( const char *name );  // 當最後一個引用關閉時 才銷燬。
4 實現信號量減一操做。
　　int sem_trywait( sem_t *sem );
　　int sem_wait( sem_t *sem );
　　int sem_timedwait( sem_t *sem, const struct timespec *restrict tsptr );
　　// 1 資源爲0時，發生阻塞。>0，減一
5 信號量+1
　　int sem_post( sem_t *sem );
6 建立/銷燬 一個未命名信號量。
　　int sem_init( sem_t *sem, int pshared, unsigned int value );
　　int sem_destroy( sem_t *sem );
7 檢索信號量值。
　　int sem_getvalue( sem_t *restrict sem, int *restrict valp );
　　// 1 除非使用額外的同步機制來避免競爭，不然此函數只能用於調試

 

3、