Linux之------进程间通信

Posted 2020-08-15 风尘璞

现在Linux使用的进程间通信方式包括：

1、无名管道（pipe）和有名管道（FIFO）

2、信号（signal）

3、消息队列

4、共享内存

5、信号量

6、套接字（socket）

 

管道通信：

数据被一个进程读出后，将被从管道中删除，其它读进程将不能再读到这些数据。

管道提供了简单的流控制机制，进程试图读空管道时，进程将阻塞。同样，管道已经满时，进程再试图向管道写入数据，进程将阻塞。

 

管道包括无名管道和有名管道两种，前者用于父进程和子进程间的通信，后者可用于运行于同一系统中的任意两个进程间的通信。

 

Pipe(无名管道)

函数的作用：创建一个无名管道。

函数的原型： int  pipe(int filedis[2]);

函数的头文件：#include <unistd.h>

函数的参数：新建的两个描述符有filedis数组返回。

            Filedis[0]：表示管道的读取端。

            Filedis[1]：表示管道的写入端。

返回值：成功，返回0；   出错，返回-1.

 

无名管道的顺序：

创建管道pipe

读管道read

写管道write

关闭管道close

 

管道用于不同进程间通信。通常先创建一个管道，再通过fork函数创建一个子进程，该子进程会继承父进程所创建的管道

.管道通讯是单向的，有固定的读端和写端。

2. 数据被进程从管道读出后，在管道中该数据就不存在了。

3. 当进程去读取空管道的时候，进程会阻塞。

4. 当进程往满管道写入数据时，进程会阻塞。

5. 管道容量为64KB

 

注意：必须在系统调用fork( )前调用pipe( )，否则子进程将不会继承文件描述符。

如：pipe_rw.c

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

int main()
{
    int pipe_fd[2]; /* pipe[0]:read.  pie[1]:write */
    pid_t pid;
    char buf_r[100];
    char *p_wbuf;
    int r_num;

    memset(buf_r, 0, sizeof(buf_r));       /*clear buf_r*/

    creat pipe
    if(pipe(pipe_fd) < 0)
    {
        printf("pipe creat error!\n");
        return 0;
    }

    /*creat child fork*/
    if((pid = fork()) == 0)               /*child fork readPipe*/
    {
        printf("\n");
        close(pipe_fd[1]);              /*first close writePipe*/
        sleep(2);                      /*inneed write all */
        
        if((r_num = read(pipe_fd[1],buf_r,100) > 0))
        {
            printf(" %d number read from the pipe is %s\n",r_num, buf_r);
        }
        close(pipe_fd[0]);             /*read all and close readPipe*/
        exit(0);
    }
    else if(pid > 0)                  /*father fork writePipe*/
    {
        close(pipe_fd[0]);           /*first close read*/
        if(write(pipe_fd[1],"Hello",5) != -1)
            printf("parent write hello!\n");
        if(write(pipe_fd[1], "Pipe",5) != -1)
            printf("parent write Pipe!\n");
        close(pipe_fd[1]);         /*write all and close write*/
        sleep(3);
        waitpid(pid, NULL, 0);     /*wait child fork end*/
        printf("\n");
        exit(0);
    }

    return 0;
}

 

有名管道：

    有名管道和无名管道基本相同，但也有不同点：

无名管道只能由父子进程使用；

但是通过有名管道，不相关的进程也能交换数据。

 

有名管道的创建：

   Fifo(有名管道)

函数的作用：创建有名管道。

函数的原型：int mkfifo(const char *pathname, mode_t  mode);

函数的参数：

          Pathname：有名管道的路径、名称。

          Mode_t：管道的方式。

           一旦创建了一个FIFO，就可用open打开它，一般的文件访问函数（close、read、                  write等）都可用于FIFO

 

              O_NONBLOCK:FIFO打开的时候，会立即返回，（非阻塞）

              O_RDONLY:只读

              O_WRONLY:只写

              O_RDWR: 可读写

函数的返回值：成功， 0；   出错， -1.

 

创建有名管道的顺序：

创建管道mkfifo

打开管道open

读管道read

写管道write

关闭管道close

删除管道unlink

 

FIFO文件在使用上和普通文件有相似之处，但是也有不有

不同之处：

1. 读取fifo文件的进程只能以”RDONLY”方式打开fifo文件。

2. 写fifo文件的进程只能以”WRONLY”方式打开fifo

3.  fifo文件里面的内容被读取后，就消失了。但是普通文件里面的内容读取后还存在

如：fifo_read.c  

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#define FIFO "/home/1022/myfifo"


int 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 creat fifoserver\n");
    
    printf("Preparing for reading byte.....\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);

    return 0;
}

fifo_write.c

 

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#define FIFO_SERVER "/home/1022/myfifo"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd;
    char w_buf[100];
    int nwrite;

    fd = open(FIFO_SERVER, O_WRONLY|O_NONBLOCK,0);

    if(argc == 1)
    {
        printf("Please send something...\n");
        exit(-1);
    }

    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 try1\n");
    }
    else
        printf("write %s to the FIFO\n",w_buf);

    return 0;
}

 

         信号的通信

信号(signal)机制是Unix系统中最为古老的进程间通信机制，很多条件可以产生一个信号：

1、当用户按某些按键时，产生信号

2、硬件异常产生信号：除数为0、无效的存储访问等等。这些情况通常由硬件检测到，将其通知内核，然后内核产生适当的信号通知进程，例如，内核对正访问一个无效存储区的进程产生一个SIGSEGV信号

3、进程用kill函数将信号发送给另一个进程

4、用户可用kill命令将信号发送给其他进程

下面是几种常见的信号：

§ SIGHUP： 从终端上发出的结束信号

§ SIGINT： 来自键盘的中断信号（Ctrl-C）

§ SIGKILL：该信号结束接收信号的进程，杀死进程

§ SIGTERM：kill 命令发出的信号

§ SIGCHLD：子进程停止或结束时通知父进程

§ SIGSTOP：来自键盘（Ctrl-Z）或调试程序的停止执行信号，暂停进程

 

当某信号出现时，将按照下列三种方式中

的一种进行处理：

1、忽略此信号

     大多数信号都按照这种方式进行处理，但有两种信号

决不能被忽略,它们是：

SIGKILL\SIGSTOP。

这两种信号不能被忽略的原因是：

它们向超级用户提供了一种终止或停止进程的方法

2、执行用户希望的动作

通知内核在某种信号发生时，调用一个用户函数。在用户函数中，执行用户希望的处理

3、执行系统默认动作

对大多数信号的系统默认动作是终止该进程

如：signal.c

#include <stdio.h>
#include <signal.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 SIGQUIT \n");
    signal(SIGINT, my_func);
    signal(SIGQUIT, my_func);


    pause();
    exit(0);


    return 0;
}

发送信号的主要函数有 kill和raise。

   区别：

     Kill既可以向自身发送信号，也可以向其他进程发送信号。与kill函数不同的是，raise函数是向进程自身发送信号

  Kill

  函数的作用：传送信号给指定的进程。

  函数的头文件：#include <sys/types.h> 、#include <signal.h>

  函数的原型：int kill(pid_t pid, int signo)

  函数的参数作用：pid参数有四种不同的情况：

              1、pid>0

              将信号发送给进程ID为pid的进程。

              2、pid == 0

              将信号发送给同组的进程。

              3、pid < 0

              将信号发送给其进程组ID等于pid绝对值的进程。

              4、pid ==－1

          将信号发送给所有进程。

 

Raise

函数的作用：发送信号给自身。

int raise(int signo)

 

使用alarm函数可以设置一个时间值(闹钟时间)，当所设置的时间到了时，产生SIGALRM信号.如果不捕捉此信号，则默认动作是终止该进程。

 

函数的头文件：#include <unistd.h>、 #include<signal.h>

函数的原型：unsigned int alarm(unsigned int seconds)

函数的返回值：

     Seconds：  

   经过了指定的seconds秒后会产生信号SIGALRM。

       每个进程只能有一个闹钟时间.如果在调用alarm时，以前已为该进程设置过闹钟时间，而且它还没有超时，以前登记的闹钟时间则被新值代换

如果有以前登记的尚未超过的闹钟时间，而这次seconds值是0，则表示取消以前的闹钟

 

 Pause

函数的作用：让进程暂停，直至被信号所中断

函数的头文件：#include <unistd.h>

函数的原型：int pause(void)

函数的返回值： 只返还-1

 

Signal

函数的作用：设置信号处理方式

函数的原型：void(*signal(int signum, void(*handler)(int)))(int);

 

typedef void (*sighandler_t)(int) sighandler_t

signal(int signum, sighandler_t handler))

func可能的值是：

1、SIG_IGN：忽略此信号

2、SIG_DFL: 按系统默认方式处理

3、信号处理函数名：使用该函数处理