6.Linux进程通信

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了6.Linux进程通信相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

目录

前言

        Ⅰ.管道

一.匿名管道

二.命名管道

三.命名管道与匿名管道差异

        Ⅱ.system v共享内存

一.基本结构

二.共享内存函数

Ⅲ.小拓展


前言

进程间通信

进程间通信目的
①数据传输:一个进程需要将它的数据发送给另一个进程
②资源共享:多个进程之间共享同样的资源。
③通知事件:一个进程需要向另一个或一组进程发送消息,通知它(它们)发生了某种事件(如进程终止时要通知父进程)。
④进程控制:有些进程希望完全控制另一个进程的执行(如Debug进程),此时控制进程希望能够拦截另一个进程的所有陷入和异常,并能够及时知道它的状态改变。

进程间如何通信呢?

今天来讲管道和共享内存两种方式。

Ⅰ.管道

通过管道通信分为两类

匿名管道      and      命名管道

那什么是管道呢?

管道是Unix中最古老的进程间通信的形式。
我们把从一个进程连接到另一个进程的一个数据流称为一个“管道”

管道只能单向通信

父子进程通过读写打开同一个文件,管道实际上就是一个文件。

为什么存在管道呢?

因为存在写时拷贝

一.匿名管道

创建一匿名管道(适用于有亲缘关系的进程,例如父子)

#include <unistd.h>
功能:创建一无名管道
原型
int pipe(int fd[2]);
fd是输出型参数,数组存储两个fd值

一般fd[0]为读,fd[1]为写
fd:文件描述符数组,其中fd[0]表示读端, fd[1]表示写端,通过读写端来实现数据的共享。
返回值:成功返回0,失败返回错误代码

管道特点

①(读快)如果写段不关闭文件描述符,且不写入,读端在一段时间可能需要阻塞。

②(写快)当我们实际在写入时,如果写入条件不满足,我们写入端就要进行阻塞。

③如果写端关闭文件描述符,那么读端读完管道数据后会读到文件结尾,也就是读到0值。

④如果读端关闭,写端进程可能在后续被进程直接杀掉。

管道读写规则

当没有数据可读时
O_NONBLOCK disable:read调用阻塞,即进程暂停执行,一直等到有数据来到为止。
O_NONBLOCK enable:read调用返回-1,errno值为EAGAIN。
当管道满的时候
O_NONBLOCK disable: write调用阻塞,直到有进程读走数据
O_NONBLOCK enable:调用返回-1,errno值为EAGAIN
如果所有管道写端对应的文件描述符被关闭,则read返回0
如果所有管道读端对应的文件描述符被关闭,则write操作会产生信号SIGPIPE,进而可能导致write进程
退出
当要写入的数据量不大于PIPE_BUF时,linux将保证写入的原子性。
当要写入的数据量大于PIPE_BUF时,linux将不再保证写入的原子性。

管道的五个特征

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,一个管道由一个进程创建,然后该进程调用fork,此后父、子进程之间就可应用该管道。
管道提供流式服务
一般而言,进程退出,管道释放,所以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,需要建立起两个管道

二.命名管道

创建命名管道(没有亲缘关系也可,毫不相关的进程实现通信)

命名管道可以从命令行上创建,命令行方法是使用下面这个命令:

$ mkfifo filename
命名管道也可以从程序里创建,相关函数有:

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
创建命名管道:
$ mkfifo filename
int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
int main(int argc, char *argv[])
{
mkfifo("p2", 0644);
return 0;
}

三.命名管道与匿名管道差异

那命名管道和匿名管道有什么差别呢?

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(命名管道)与pipe(匿名管道)之间唯一的区别在它们创建与打开的方式不同,一但这些工作完
成之后,它们具有相同的语义。

Ⅱ.system v共享内存

一.基本结构

速度最快的拷贝方式,硬件结构如下图。

那如何实现这一结构呢?

分为四大部,是

①创建共享内存                             ②删除

③关联共享内存                             ④取消关联

四个功能需要借助下面共享内存函数来实现!

二.共享内存函数

ftok    根据算法生成一个key值。

key值用来表示唯一性,id是定位资源

共享内存函数

shmget函数

功能:用来创建共享内存
原型
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
参数
key:这个共享内存段名字
size:共享内存大小
shmflg:由九个权限标志构成,它们的用法和创建文件时使用的mode模式标志是一样的
返回值:成功返回一个非负整数,即该共享内存段的标识码;失败返回-1

暂时只用两个

IPC_CREAT

IPC_EXCL  有同名文件就出错

ipc的生命周期随内核

shmat函数

功能:将共享内存段连接到进程地址空间
原型
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
参数
shmid: 共享内存标识
shmaddr:指定连接的地址
shmflg:它的两个可能取值是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节;失败返回-1

shmdt函数

功能:将共享内存段与当前进程脱离
原型
int shmdt(const void *shmaddr);
参数
shmaddr: 由shmat所返回的指针
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

shmctl函数

功能:用于控制共享内存
原型
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)

IPC_MID  删除
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

NULL
返回值:成功返回0;失败返回-1

共享内存底部不提供任何的同步和互斥机制,而管道是提供的。

Ⅲ.小拓展

进程互斥

由于各进程要求共享资源,而且有些资源需要互斥使用,因此各进程间竞争使用这些资源,进程的这种
关系为进程的互斥
系统中某些资源一次只允许一个进程使用,称这样的资源为临界资源或互斥资源。
在进程中涉及到互斥资源的程序段叫临界区
特性方面
IPC资源必须删除,否则不会自动清除,除非重启,所以system V IPC资源的生命周期随内核

以上是关于6.Linux进程通信的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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Linux系统编程--进程间通信 ---管道篇

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