Linux 进程操作以及相关知识

Posted 2022-12-01 行码阁119

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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Linux 进程操作以及相关知识相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

内容来自于C++高薪面试项目_牛客网 (nowcoder.com)https://www.nowcoder.com/courses/cover/live/504

1、fock

/*

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

函数的作用：用于创建子进程。

返回值：

fork()的返回值会返回两次。一次是在父进程中，一次是在子进程中。

在父进程中返回创建的子进程的ID,

在子进程中返回0

如何区分父进程和子进程：通过fork的返回值。

在父进程中返回-1，表示创建子进程失败，并且设置errno

父子进程之间的关系：

区别：

1.fork()函数的返回值不同

父进程中: >0 返回的子进程的ID

子进程中: =0

2.pcb中的一些数据

当前的进程的id pid

当前的进程的父进程的id ppid

信号集

共同点：

某些状态下：子进程刚被创建出来，还没有执行任何的写数据的操作

- 用户区的数据

- 文件描述符表

父子进程对变量是不是共享的？

- 刚开始的时候，是一样的，共享的。如果修改了数据，不共享了。

- 读时共享（子进程被创建，两个进程没有做任何的写的操作），写时拷贝。

*/

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() 

    int num = 10;

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();

    // 判断是父进程还是子进程
    if(pid > 0) 
        // printf("pid : %d\\n", pid);
        // 如果大于0，返回的是创建的子进程的进程号，当前是父进程
        printf("i am parent process, pid : %d, ppid : %d\\n", getpid(), getppid());

        printf("parent num : %d\\n", num);
        num += 10;
        printf("parent num += 10 : %d\\n", num);


     else if(pid == 0) 
        // 当前是子进程
        printf("i am child process, pid : %d, ppid : %d\\n", getpid(),getppid());
       
        printf("child num : %d\\n", num);
        num += 100;
        printf("child num += 100 : %d\\n", num);
    

    // for循环
    for(int i = 0; i < 3; i++) 
        printf("i : %d , pid : %d\\n", i , getpid());
        sleep(1);
    

    return 0;

/*

实际上，更准确来说，Linux 的 fork() 使用是通过写时拷贝 (copy- on-write) 实现。

写时拷贝是一种可以推迟甚至避免拷贝数据的技术。

内核此时并不复制整个进程的地址空间，而是让父子进程共享同一个地址空间。

只用在需要写入的时候才会复制地址空间，从而使各个进行拥有各自的地址空间。

也就是说，资源的复制是在需要写入的时候才会进行，在此之前，只有以只读方式共享。

注意：fork之后父子进程共享文件，

fork产生的子进程与父进程相同的文件文件描述符指向相同的文件表，引用计数增加，共享文件偏移指针。

*/

2、exec函数族

3 / exec 函数族 ◼ int execl(const char *path, const char *arg, .../* (char *) NULL */);

◼ int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);

◼ int execle(const char *path, const char *arg, .../*, (char *) NULL, char * const envp[] */);

◼ int execv(const char *path, char *const argv[]);

◼ int execvp(const char *file, char *const argv[]);

◼ int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

◼ int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

l(list) 参数地址列表，以空指针结尾 v(vector) 存有各参数地址的指针数组的地址 p(path) 按 PATH 环境变量指定的目录搜索可执行文件 e(environment) 存有环境变量字符串地址的指针数组的地址

2.1 execl

/*
#include <unistd.h>
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
- 参数：
- path:需要指定的执行的文件的路径或者名称
a.out /home/nowcoder/a.out 推荐使用绝对路径
./a.out hello world

- arg:是执行可执行文件所需要的参数列表
第一个参数一般没有什么作用，为了方便，一般写的是执行的程序的名称
从第二个参数开始往后，就是程序执行所需要的的参数列表。
参数最后需要以NULL结束（哨兵）

- 返回值：
只有当调用失败，才会有返回值，返回-1，并且设置errno
如果调用成功，没有返回值。

*/


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

int main() 


    // 创建一个子进程，在子进程中执行exec函数族中的函数
    pid_t pid = fork();

    if(pid > 0) 
        // 父进程
        printf("i am parent process, pid : %d\\n",getpid());
        sleep(1);
    else if(pid == 0) 
        // 子进程
        // execl("hello","hello",NULL);

        execl("/bin/ps", "ps", "aux", NULL);
        perror("execl");
        printf("i am child process, pid : %d\\n", getpid());

    

    for(int i = 0; i < 3; i++) 
        printf("i = %d, pid = %d\\n", i, getpid());
    


    return 0;

2.2 execlp

/*

#include <unistd.h>

int execlp(const char *file, const char *arg, ... );

- 会到环境变量中查找指定的可执行文件，如果找到了就执行，找不到就执行不成功。

- 参数：

- file:需要执行的可执行文件的文件名

a.out

ps

- arg:是执行可执行文件所需要的参数列表

第一个参数一般没有什么作用，为了方便，一般写的是执行的程序的名称

从第二个参数开始往后，就是程序执行所需要的的参数列表。

参数最后需要以NULL结束（哨兵）

- 返回值：

只有当调用失败，才会有返回值，返回-1，并且设置errno

如果调用成功，没有返回值。

int execv(const char *path, char *const argv[]);

argv是需要的参数的一个字符串数组

char * argv[] = "ps", "aux", NULL;

execv("/bin/ps", argv);

int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

char * envp[] = "/home/nowcoder", "/home/bbb", "/home/aaa";

*/

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

int main() 


    // 创建一个子进程，在子进程中执行exec函数族中的函数
    pid_t pid = fork();

    if(pid > 0) 
        // 父进程
        printf("i am parent process, pid : %d\\n",getpid());
        sleep(1);
    else if(pid == 0) 
        // 子进程
        execlp("ps", "ps", "aux", NULL);

        printf("i am child process, pid : %d\\n", getpid());

    

    for(int i = 0; i < 3; i++) 
        printf("i = %d, pid = %d\\n", i, getpid());
    


    return 0;

3、exit 和 _exit函数

#include <stdlib.h>

void exit(int status);

#include <stdio.h>

void _exit(int status);

4、孤进程

父进程运行结束，但子进程还在运行（未运行结束），这样的子进程就称为孤儿进程（Orphan Process）。

◼ 每当出现一个孤儿进程的时候，内核就把孤儿进程的父进程设置为 init ，而 init 进程会循环地 wait() 它的已经退出的子进程。这样，当一个孤儿进程凄凉地结束了其生命周期的时候，init 进程就会代表党和政府出面处理它的一切善后工作。

◼ 因此孤儿进程并不会有什么危害。

5、僵尸进程

每个进程结束之后, 都会释放自己地址空间中的用户区数据，内核区的 PCB 没有办法自己释放掉，需要父进程去释放。

◼ 进程终止时，父进程尚未回收，子进程残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸（Zombie）进程。

◼ 僵尸进程不能被 kill -9 杀死，

这样就会导致一个问题，如果父进程不调用 wait() 或 waitpid() 的话，那么保留的那段信息就不会释放，其进程号就会一直被占用，但是系统所能使用的进程号是有限的，如果大量的产生僵尸进程，将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程，此即为僵尸进程的危害，应当避免。

6 、进程回收

在每个进程退出的时候，内核释放该进程所有的资源、包括打开的文件、占用的内
存等。但是仍然为其保留一定的信息，这些信息主要主要指进程控制块PCB的信息
（包括进程号、退出状态、运行时间等）。
◼ 父进程可以通过调用wait或waitpid得到它的退出状态同时彻底清除掉这个进程。
◼ wait() 和 waitpid() 函数的功能一样，区别在于，wait() 函数会阻塞，
waitpid() 可以设置不阻塞，waitpid() 还可以指定等待哪个子进程结束。
◼ 注意：一次wait或waitpid调用只能清理一个子进程，清理多个子进程应使用循环。

6.1 wait

/*
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *wstatus);
功能：等待任意一个子进程结束，如果任意一个子进程结束了，次函数会回收子进程的资源。
参数：int *wstatus
进程退出时的状态信息，传入的是一个int类型的地址，传出参数。
返回值：
- 成功：返回被回收的子进程的id
- 失败：-1 (所有的子进程都结束，调用函数失败)

调用wait函数的进程会被挂起（阻塞），直到它的一个子进程退出或者收到一个不能被忽略的信号时才被唤醒（相当于继续往下执行）
如果没有子进程了，函数立刻返回，返回-1；如果子进程都已经结束了，也会立即返回，返回-1.

*/

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>


int main() 

    // 有一个父进程，创建5个子进程（兄弟）
    pid_t pid;

    // 创建5个子进程
    for(int i = 0; i < 5; i++) 
        pid = fork();
        if(pid == 0) 
            break;
        
    

    if(pid > 0) 
        // 父进程
        while(1) 
            printf("parent, pid = %d\\n", getpid());

            // int ret = wait(NULL);
            int st;
            int ret = wait(&st);

            if(ret == -1) 
                break;
            

            if(WIFEXITED(st)) 
                // 是不是正常退出
                printf("退出的状态码：%d\\n", WEXITSTATUS(st));
            
            if(WIFSIGNALED(st)) 
                // 是不是异常终止
                printf("被哪个信号干掉了：%d\\n", WTERMSIG(st));
            

            printf("child die, pid = %d\\n", ret);

            sleep(1);
        

     else if (pid == 0)
        // 子进程
         while(1) 
            printf("child, pid = %d\\n",getpid());    
            sleep(1);       
         

        exit(0);
    

    return 0; // exit(0)

6.1 waitpid

/*
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);
功能：回收指定进程号的子进程，可以设置是否阻塞。
参数：
- pid:
pid > 0 : 某个子进程的pid
pid = 0 : 回收当前进程组的所有子进程
pid = -1 : 回收所有的子进程，相当于 wait() （最常用）
pid < -1 : 某个进程组的组id的绝对值，回收指定进程组中的子进程
- options：设置阻塞或者非阻塞
0 : 阻塞
WNOHANG : 非阻塞
- 返回值：
> 0 : 返回子进程的id
= 0 : options=WNOHANG, 表示还有子进程或者
= -1 ：错误，或者没有子进程了
*/


#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() 

    // 有一个父进程，创建5个子进程（兄弟）
    pid_t pid;

    // 创建5个子进程
    for(int i = 0; i < 5; i++) 
        pid = fork();
        if(pid == 0) 
            break;
        
    

    if(pid > 0) 
        // 父进程
        while(1) 
            printf("parent, pid = %d\\n", getpid());
            sleep(1);

            int st;
            // int ret = waitpid(-1, &st, 0);
            int ret = waitpid(-1, &st, WNOHANG);

            if(ret == -1) 
                break;
             else if(ret == 0) 
                // 说明还有子进程存在
                continue;
             else if(ret > 0) 

                if(WIFEXITED(st)) 
                    // 是不是正常退出
                    printf("退出的状态码：%d\\n", WEXITSTATUS(st));
                
                if(WIFSIGNALED(st)) 
                    // 是不是异常终止
                    printf("被哪个信号干掉了：%d\\n", WTERMSIG(st));
                

                printf("child die, pid = %d\\n", ret);
            
           
        

     else if (pid == 0)
        // 子进程
         while(1) 
            printf("child, pid = %d\\n",getpid());    
            sleep(1);       
         
        exit(0);
    

    return 0;

7、进程间通信

◼ 进程是一个独立的资源分配单元，不同进程（这里所说的进程通常指的是用户进程）之间的资源是独立的，没有关联，不能在一个进程中直接访问另一个进程的资源。

◼ 但是，进程不是孤立的，不同的进程需要进行信息的交互和状态的传递等，因此需要进程间通信( IPC：Inter Processes Communication )。

◼ 进程间通信的目的：

◼ 数据传输：一个进程需要将它的数据发送给另一个进程。

◼ 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）。

◼ 资源共享：多个进程之间共享同样的资源。为了做到这一点，需要内核提供互斥和同步机制。

◼ 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。

7.1 管道

管道也叫无名（匿名）管道，它是是 UNIX 系统 IPC（进程间通信）的最古老形式，所有的 UNIX 系统都支持这种通信机制。

◼ 统计一个目录中文件的数目命令：ls | wc –l，为了执行该命令，shell 创建了两个进程来分别执行 ls 和 wc。

| 管道一个命令对应一个进程

7.1.1管道特点

◼ 管道其实是一个在内核内存中维护的缓冲器，这个缓冲器的存储能力是有限的，不同的操作系统大小不一定相同。

◼ 管道拥有文件的特质：读操作、写操作，匿名管道没有文件实体，有名管道有文件实体， 但不存储数据。可以按照操作文件的方式对管道进行操作。

◼ 一个管道是一个字节流，使用管道时不存在消息或者消息边界的概念，从管道读取数据的进程可以读取任意大小的数据块，而不管写入进程写入管道的数据块的大小是多少。

◼ 通过管道传递的数据是顺序的，从管道中读取出来的字节的顺序和它们被写入管道的顺序是完全一样的。

◼ 在管道中的数据的传递方向是单向的，一端用于写入，一端用于读取，管道是半双工的。

◼ 从管道读数据是一次性操作，数据一旦被读走，它就从管道中被抛弃，释放空间以便写更多的数据，在管道中无法使用 lseek() 来随机的访问数据。

◼ 匿名管道只能在具有公共祖先的进程（父进程与子进程，或者两个兄弟进程，具有亲缘关系）之间使用。

7.1.2 为什么管道可以进行进程间通信

子进程和父进程共享文件描述符

  7.1.3 管道数据结构

循环队列

   7.1.4 管道的常用指令

07 / 匿名管道的使用

◼ 创建匿名管道

        #include<unistd.h>

        int pipe(int pipefd[2]);

  pipefd[0] 对应的是管道的读端

        pipefd[1] 对应的是管道的写端

返回值：成功返回0

失败：返回-1

    管道默认是阻塞的：如果管道中没有数据，read阻塞，如果管道满了，write阻塞

注意：匿名管道只能用于有关系的进程

◼ 查看管道缓冲大小命令

        ulimit –a

◼ 查看管道缓冲大小函数

        #include<unistd.h>

        long fpathconf(int fd, int name);
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main() 

    // 在fork之前创建管道
    int pipefd[2];
    int ret = pipe(pipefd);
    if(ret == -1) 
        perror("pipe");
        exit(0);
    

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();
    if(pid > 0) 
        // 父进程
        printf("i am parent process, pid : %d\\n", getpid());

        // 关闭写端
        close(pipefd[1]);
        
        // 从管道的读取端读取数据
        char buf[1024] = 0;
        while(1) 
            int len = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));
            printf("parent recv : %s, pid : %d\\n", buf, getpid());
            
            // 向管道中写入数据
            //char * str = "hello,i am parent";
            //write(pipefd[1], str, strlen(str));
            //sleep(1);
        

     else if(pid == 0)
        // 子进程
        printf("i am child process, pid : %d\\n", getpid());
        // 关闭读端
        close(pipefd[0]);
        char buf[1024] = 0;
        while(1) 
            // 向管道中写入数据
            char * str = "hello,i am child";
            write(pipefd[1], str, strlen(str));
            //sleep(1);

            // int len = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));
            // printf("child recv : %s, pid : %d\\n", buf, getpid());
            // bzero(buf, 1024);
        
        
    
    return 0;
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main() 

    int pipefd[2];

    int ret = pipe(pipefd);

    // 获取管道的大小
    long size = fpathconf(pipefd[0], _PC_PIPE_BUF);

    printf("pipe size : %ld\\n", size);

    return 0;

7.1.5匿名管道设置非阻塞

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <fcntl.h>

/*

设置管道非阻塞

int flags = fcntl(fd[0], F_GETFL); //获取原来的flag

flags |= O_NONBLOCK; 修改flag

fcntl(fd[0], F_SETFL, flags); //设置新的flag

*/

int main()

//子进程发送数据给父进程，父进程读取数据输出

//fork 创建文件

int pipefd[2];

int ret = pipe(pipefd);

if(ret == -1)

perror("pipe");

exit(0);

int pid = fork();

if(pid > 0)

printf("i am parent, pid : %d\\n", getegid());

close(pipefd[1]);

char buf[1024];

int flags = fcntl(pipefd[0], F_GETFL); //获取原来的flag

flags |= O_NONBLOCK;

fcntl(pipefd[0], F_SETFL, flags); //设置新的flag

while(1)

int len = read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));

printf("%d\\n",len);

printf("parent recv : %s. pid : %d\\n", buf, getpid());

memset(buf, 0, 1024);

sleep(2);

else if(pid == 0)

printf("i am child, pid : %d\\n", getegid());

close(pipefd[0]);

while(1)

char *str = "hello, i am child";

int len = write(pipefd[1], str, strlen(str));

sleep(10);

return 0;

7.2 有名管道

◼ 匿名管道，由于没有名字，只能用于亲缘关系的进程间通信。为了克服这个缺点，提出了有名管道（FIFO），也叫命名管道、FIFO文件。

◼ 有名管道（FIFO）不同于匿名管道之处在于它提供了一个路径名与之关联，以 FIFO 的文件形式存在于文件系统中，并且其打开方式与打开一个普通文件是一样的，这样即使与 FIFO 的创建进程不存在亲缘关系的进程，只要可以访问该路径，就能够彼此通过 FIFO 相互通信，因此，通过 FIFO 不相关的进程也能交换数据。

◼ 一旦打开了 FIFO，就能在它上面使用与操作匿名管道和其他文件的系统调用一样的 I/O系统调用了（如read()、write()和close()）。与管道一样，FIFO 也有一个写入端和读取端，并且从管道中读取数据的顺序与写入的顺序是一样的。FIFO 的名称也由此而来：先入先出。

◼ 有名管道（FIFO)和匿名管道（pipe）有一些特点是相同的，不一样的地方在于：

1. FIFO 在文件系统中作为一个特殊文件存在，但 FIFO 中的内容却存放在内存中。

2. 当使用 FIFO 的进程退出后，FIFO 文件将继续保存在文件系统中以便以后使用。

3. FIFO 有名字，不相关的进程可以通过打开有名管道进行通信。

◼ 通过命令创建有名管道 mkfifo 名字

◼ 通过函数创建有名管道

        #include<sys/types>

        # include<sys/stat.h>

        int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

◼ 一旦使用 mkfifo 创建了一个 FIFO，就可以使用 open 打开它，常见的文件 I/O 函数都可用于 fifo。

如：close、read、write、unlink 等。

◼ FIFO 严格遵循先进先出（First in First out），对管道及 FIFO 的读总是从开始处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾。它们不支持诸如 lseek() 等文件定位操作。

7.2.1创建有名管道

说明：只打开了读端和写端，open函数会阻塞，直到写和读同时打开

读端断掉，写端打开，会向发送信号，写端停止

有名管道注意事项：

1、一个为只读而打开的进程，会阻塞，直到另外一个只写打开管道

2、一个只为写而打开的进程会阻塞，直到另外一个只读打开管道

读管道：

管道中有数据，read返回实际读到的字节数

管道中无数据：管道写端完全关闭，read返回为0

管道没有全部关闭，read阻塞等待

写管道：

管道读端全部关闭，进程异常终止（接收到SINGPE信号）

管道读端没有全部关闭

                        管道已经满了，write会阻塞

                        管道没有满，write会继续写入
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main() 

    //判断文件是否存在
    int ret1 = access("fifo1", F_OK);
    if(ret1 == -1) 
        perror("access");
        exit(0);
    
    int ret = mkfifo("fifo1", 0664);

    if(ret == -1) 
        perror("mkfifo");
        exit(0);
    
    
//向管道写数据
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

int main() 

    //判断文件是否存在
    int ret1 = access("test", F_OK);
    if(ret1 == -1) 
        perror("access");
        int ret = mkfifo("test", 0664);
        if(ret == -1) 
            perror("mkfifo");
            exit(0);
        
    

    //打开管道
    int fd = open("test", O_WRONLY);
    if(fd == -1) 
        perror("open");
        exit(0);
    

    for(int i = 0; i < 100; i++) 
        char buf[1024];
        sprintf(buf, "hello, %d\\n", i);
        printf("write data : %s\\n", buf);
        write(fd, buf, strlen(buf));
        sleep(1);
    
//向管道读数据
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main() 
    int fd = open("test", O_RDONLY);
    if(fd == -1) 
        perror("open");
        exit(0);
    

    while(1) 
        char buf[1024];
        int len = read(fd, buf, sizeof(buf));
        if(len == 0) 
            printf("写端断开链接了\\n");
            break;
        
        printf("rev buf : %s\\n", buf);
    
    close(fd);
    return 0;

7.2.2 有名管道实现简单聊天

charA.c

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

int main() 

    // 1.判断有名管道文件是否存在
    int ret = access("fifo1", F_OK);
    if(ret == -1) 
        // 文件不存在
        printf("管道不存在，创建对应的有名管道\\n");
        ret = mkfifo("fifo1", 0664);
        if(ret == -1) 
            perror("mkfifo");
            exit(0);
        
    

    ret = access("fifo2", F_OK);
    if(ret == -1) 
        // 文件不存在
        printf("管道不存在，创建对应的有名管道\\n");
        ret = mkfifo("fifo2", 0664);
        if(ret == -1) 
            perror("mkfifo");
            exit(0);
        
    

    // 2.以只写的方式打开管道fifo1
    int fdw = open("fifo1", O_WRONLY);
    if(fdw == -1) 
        perror("open");
        exit(0);
    
    printf("打开管道fifo1成功，等待写入...\\n");
    // 3.以只读的方式打开管道fifo2
    int fdr = open("fifo2", O_RDONLY);
    if(fdr == -1) 
        perror("open");
        exit(0);
    
    printf("打开管道fifo2成功，等待读取...\\n");

    char buf[128];

    // 4.循环的写读数据
    while(1) 
        memset(buf, 0, 128);
        // 获取标准输入的数据
        fgets(buf, 128, stdin);
        // 写数据
        ret = write(fdw, buf, strlen(buf));
        if(ret == -1) 
            perror("write");
            exit(0);
        

        // 5.读管道数据
        memset(buf, 0, 128);
        ret = read(fdr, buf, 128);
        if(ret <= 0) 
            perror("read");
            break;
        
        printf("buf: %s\\n", buf);
    

    // 6.关闭文件描述符
    close(fdr);
    close(fdw);

    return 0;

chartB.c

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

int main() 

    // 1.判断有名管道文件是否存在
    int ret = access("fifo1", F_OK);
    if(ret == -1) 
        // 文件不存在
        printf("管道不存在，创建对应的有名管道\\n");
        ret = mkfifo("fifo1", 0664);
        if(ret == -1) 
            perror("mkfifo");
            exit(0);
        
    

    ret = access("fifo2", F_OK);
    if(ret == -1) 
        // 文件不存在
        printf("管道不存在，创建对应的有名管道\\n");
        ret = mkfifo("fifo2", 0664);
        if(ret == -1) 
            perror("mkfifo");
            exit(0);
        
    

    // 2.以只读的方式打开管道fifo1
    int fdr = open("fifo1", O_RDONLY);
    if(fdr == -1) 
        perror("open");
        exit(0);
    
    printf("打开管道fifo1成功，等待读取...\\n");
    // 3.以只写的方式打开管道fifo2
    int fdw = open("fifo2", O_WRONLY);
    if(fdw == -1) 
        perror("open");
        exit(0);
    
    printf("打开管道fifo2成功，等待写入...\\n");

    char buf[128];

    // 4.循环的读写数据
    while(1) 
        // 5.读管道数据
        memset(buf, 0, 128);
        ret = read(fdr, buf, 128);
        if(ret <= 0) 
            perror("read");
            break;
        
        printf("buf: %s\\n", buf);

        memset(buf, 0, 128);
        // 获取标准输入的数据
        fgets(buf, 128, stdin);
        // 写数据
        ret = write(fdw, buf, strlen(buf));
        if(ret == -1) 
            perror("write");
            exit(0);
        
    

    // 6.关闭文件描述符
    close(fdr);
    close(fdw);

    return 0;

8.内存映射

内存映射（Memory-mapped I/O）是将磁盘文件的数据映射到内存，用户通过修改内存就能修改磁盘文件

8.1.1内存映射函数调用

◼# include <sys/nman.h>

◼ void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

◼ int munmap(void *addr, size_t length);

/*
#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
- 功能：将一个文件或者设备的数据映射到内存中
- 参数：
- void *addr: NULL, 由内核指定
- length : 要映射的数据的长度，这个值不能为0。建议使用文件的长度。
获取文件的长度：stat lseek
- prot : 对申请的内存映射区的操作权限
-PROT_EXEC ：可执行的权限
-PROT_READ ：读权限
-PROT_WRITE ：写权限
-PROT_NONE ：没有权限
要操作映射内存，必须要有读的权限。
PROT_READ、PROT_READ|PROT_WRITE
- flags :
- MAP_SHARED : 映射区的数据会自动和磁盘文件进行同步，进程间通信，必须要设置这个选项
- MAP_PRIVATE ：不同步，内存映射区的数据改变了，对原来的文件不会修改，会重新创建一个新的文件。（copy on write）
- fd: 需要映射的那个文件的文件描述符
- 通过open得到，open的是一个磁盘文件
- 注意：文件的大小不能为0，open指定的权限不能和prot参数有冲突。
prot: PROT_READ open:只读/读写
prot: PROT_READ | PROT_WRITE open:读写
- offset：偏移量，一般不用。必须指定的是4k的整数倍，0表示不便宜。
- 返回值：返回创建的内存的首地址
失败返回MAP_FAILED，(void *) -1

int munmap(void *addr, size_t length);
- 功能：释放内存映射
- 参数：
- addr : 要释放的内存的首地址
- length : 要释放的内存的大小，要和mmap函数中的length参数的值一样。
*/

/*
使用内存映射实现进程间通信：
1.有关系的进程（父子进程）
- 还没有子进程的时候
- 通过唯一的父进程，先创建内存映射区
- 有了内存映射区以后，创建子进程
- 父子进程共享创建的内存映射区

2.没有关系的进程间通信
- 准备一个大小不是0的磁盘文件
- 进程1 通过磁盘文件创建内存映射区
- 得到一个操作这块内存的指针
- 进程2 通过磁盘文件创建内存映射区
- 得到一个操作这块内存的指针
- 使用内存映射区通信

注意：内存映射区通信，是非阻塞。
*/

代码(父子进程)：
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <wait.h>

// 作业:使用内存映射实现没有关系的进程间的通信。
int main() 

    // 1.打开一个文件
    int fd = open("test.txt", O_RDWR);
    int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);  // 获取文件的大小

    // 2.创建内存映射区
    void *ptr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if(ptr == MAP_FAILED) 
        perror("mmap");
        exit(0);
    

    // 3.创建子进程
    pid_t pid = fork();
    if(pid > 0) 
        wait(NULL);
        // 父进程
        char buf[64];
        strcpy(buf, (char *)ptr);
        printf("read data : %s\\n", buf);
       
    else if(pid == 0)
        // 子进程
        strcpy((char *)ptr, "nihao a, son!!!");
    

    // 关闭内存映射区
    munmap(ptr, size);

    return 0;
作业：使用内存映射区实现没有关系的内存通信

8.1.2内存映射问题：

1.如果对mmap的返回值(ptr)做++操作(ptr++), munmap是否能够成功?
void * ptr = mmap(...);
ptr++; 可以对其进行++操作
munmap(ptr, len); // 错误,要保存地址要从内存的首地址进行释放

2.如果open时O_RDONLY, mmap时prot参数指定PROT_READ | PROT_WRITE会怎样?
错误，返回MAP_FAILED
open()函数中的权限建议和prot参数的权限保持一致。

3.如果文件偏移量为1000会怎样?
偏移量必须是4K的整数倍，返回MAP_FAILED

4.mmap什么情况下会调用失败?
- 第二个参数：length = 0
- 第三个参数：prot
- 只指定了写权限
- prot PROT_READ | PROT_WRITE
第5个参数fd 通过open函数时指定的 O_RDONLY / O_WRONLY

5.可以open的时候O_CREAT一个新文件来创建映射区吗?
- 可以的，但是创建的文件的大小如果为0的话，肯定不行
- 可以对新的文件进行扩展
- lseek()
- truncate()

6.mmap后关闭文件描述符，对mmap映射有没有影响？
int fd = open("XXX");
mmap(,,,,fd,0);
close(fd);
映射区还存在，创建映射区的fd被关闭，没有任何影响。

7.对ptr越界操作会怎样？
void * ptr = mmap(NULL, 100,,,,,);
4K
越界操作操作的是非法的内存 -> 段错误

8.1.3内存映射复制
# include<unistd.h>
# include<sys/types.h>
# include<sys/stat.h>
# include<stdlib.h>
# include<string.h>
# include<stdio.h>
# include<sys/mman.h>
# include<fcntl.h>

/*
1、对原始文件进行内存映射
2、创建一个新文件
3、把新文件的数据映射到内存中
4、通过内存拷贝将第一个文件的内存数据拷贝到新的文件中
5、释放资源
 */ 

int main() 
    pid_t fd = open("test.txt", O_RDWR);
    if(fd == -1) 
        perror("open");
        exit(0);
    

    int size = lseek(fd, 0, SEEK_END);


    pid_t fd1 = open("new_file.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);
    if(fd1 == -1) 
        perror("open");
        exit(0);
    

    int len = lseek(fd1, size, SEEK_END);
    write(fd1, " ", 1);

    if(len == -1) 
        perror("-1");
        exit(0);
    

    void * ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    void * ptr1 = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd1, 0);

    if(ptr == MAP_FAILED) 
        perror("mmap");
        exit(0);
    

    if(ptr1 == MAP_FAILED) 
        perror("mmap");
        exit(0);
    

    memcpy(ptr1, ptr, size);
    //先打开后释放
    munmap(ptr1, size);
    munmap(ptr, size);

    close(fd1);
    close(fd);

    return 0;
8.1.4内存映射复制匿名内存映射
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

int main() 

    // 1.创建匿名内存映射区
    int len = 4096;
    void * ptr = mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    if(ptr == MAP_FAILED) 
        perror("mmap");
        exit(0);
    

    // 父子进程间通信
    pid_t pid = fork();

    if(pid > 0) 
        // 父进程
        strcpy((char *) ptr, "hello, world");
        wait(NULL);
    else if(pid == 0) 
        // 子进程
        sleep(1);
        printf("%s\\n", (char *)ptr);
    

    // 释放内存映射区
    int ret = munmap(ptr, len);

    if(ret == -1) 
        perror("munmap");
        exit(0);
    
    return 0;

9 信号

◼ 信号是 Linux 进程间通信的最古老的方式之一，是事件发生时对进程的通知机制，有时也称之为软件中断，它是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信的方式。信号可以导致一个正在运行的进程被另一个正在运行的异步进程中断，转而处理某一个突发事件。

◼ 发往进程的诸多信号，通常都是源于内核。引发内核为进程产生信号的各类事件如下：

◼ 对于前台进程，用户可以通过输入特殊的终端字符来给它发送信号。比如输入Ctrl+C 通常会给进程发送一个中断信号。

◼ 硬件发生异常，即硬件检测到一个错误条件并通知内核，随即再由内核发送相应信号给相关进程。比如执行一条异常的机器语言指令，诸如被 0 除，或者引用了无法访问的内存区域。

◼ 系统状态变化，比如 alarm 定时器到期将引起 SIGALRM 信号，进程执行的 CPU 时间超限，或者该进程的某个子进程退出。

◼ 运行 kill 命令或调用 kill 函数。

9.1 信号的目的
使用信号的两个主要目的是：
 让进程知道已经发生了一个特定的事情。
 强迫进程执行它自己代码中的信号处理程序。
9.2 信号的特点
◼ 信号的特点：
 简单
 不能携带大量信息
 满足某个特定条件才发送
 优先级比较高
◼ 查看系统定义的信号列表：kill –l 
◼ 前 31 个信号为常规信号，其余为实时信号。
◼ 查看信号的详细信息：man 7 signal
◼ 信号的 5 中默认处理动作
 Term 终止进程
 Ign 当前进程忽略掉这个信号
 Core 终止进程，并生成一个Core文件
 Stop 暂停当前进程
 Cont 继续执行当前被暂停的进程
◼ 信号的几种状态：产生、未决、递达
◼ SIGKILL 和 SIGSTOP 信号不能被捕捉、阻塞或者忽略，只能执行默认动作。
◼ int kill(pid_t pid, int sig);
◼ int raise(int sig);
◼ void abort(void);
◼ unsigned int alarm(unsigned int seconds);
◼ int setitimer(int which, const struct itimerval *new_val, 
struct itimerval *old_value);
9.3 信号操作函数

9.3.1、kill

/*
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);
- 功能：给任何的进程或者进程组pid, 发送任何的信号 sig
- 参数：
- pid ：
> 0 : 将信号发送给指定的进程
= 0 : 将信号发送给当前的进程组
= -1 : 将信号发送给每一个有权限接收这个信号的进程
< -1 : 这个pid=某个进程组的ID取反（-12345）
- sig : 需要发送的信号的编号或者是宏值，0表示不发送任何信号

kill(getppid(), 9);
kill(getpid(), 9);

int raise(int sig);
- 功能：给当前进程发送信号
- 参数：
- sig : 要发送的信号
- 返回值：
- 成功 0
- 失败非0
kill(getpid(), sig);

void abort(void);
- 功能：发送SIGABRT信号给当前的进程，杀死当前进程
kill(getpid(), SIGABRT);
*/
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

int main() 

    pid_t pid = fork();

    if(pid == 0) 
        // 子进程
        int i = 0;
        for(i = 0; i < 5; i++) 
            printf("child process\\n");
            sleep(1);
        

     else if(pid > 0) 
        // 父进程
        printf("parent process\\n");
        sleep(2);
        printf("kill child process now\\n");
        kill(pid, SIGINT);
    

    return 0;
9.3.2、alarm

/*
#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
- 功能：设置定时器（闹钟）。函数调用，开始倒计时，当倒计时为0的时候，
函数会给当前的进程发送一个信号：SIGALARM
- 参数：
seconds: 倒计时的时长，单位：秒。如果参数为0，定时器无效（不进行倒计时，不发信号）。
取消一个定时器，通过alarm(0)。
- 返回值：
- 之前没有定时器，返回0
- 之前有定时器，返回之前的定时器剩余的时间

- SIGALARM ：默认终止当前的进程，每一个进程都有且只有唯一的一个定时器。
alarm(10); -> 返回0
过了1秒
alarm(5); -> 返回9

alarm(100) -> 该函数是不阻塞的
*/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() 

    int seconds = alarm(5);
    printf("seconds = %d\\n", seconds);  // 0

    sleep(2);
    seconds = alarm(2);    // 不阻塞
    printf("seconds = %d\\n", seconds);  // 3

    while(1) 
    

    return 0;
9.3.3 setittiomer

/*
#include <sys/time.h>
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value,
struct itimerval *old_value);

- 功能：设置定时器（闹钟）。可以替代alarm函数。精度微妙us，可以实现周期性定时
- 参数：
- which : 定时器以什么时间计时
ITIMER_REAL: 真实时间，时间到达，发送 SIGALRM 常用
ITIMER_VIRTUAL: 用户时间，时间到达，发送 SIGVTALRM
ITIMER_PROF: 以该进程在用户态和内核态下所消耗的时间来计算，时间到达，发送 SIGPROF

- new_value: 设置定时器的属性

struct itimerval // 定时器的结构体
struct timeval it_interval; // 每个阶段的时间，间隔时间
struct timeval it_value; // 延迟多长时间执行定时器
;

struct timeval // 时间的结构体
time_t tv_sec; // 秒数
suseconds_t tv_usec; // 微秒
;

过10秒后，每个2秒定时一次

- old_value ：记录上一次的定时的时间参数，一般不使用，指定NULL

- 返回值：
成功 0
失败 -1 并设置错误号
*/
#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 过3秒以后，每隔2秒钟定时一次
int main() 

    struct itimerval new_value;

    // 设置间隔的时间
    new_value.it_interval.tv_sec = 2;
    new_value.it_interval.tv_usec = 0;

    // 设置延迟的时间,3秒之后开始第一次定时
    new_value.it_value.tv_sec = 3;
    new_value.it_value.tv_usec = 0;


    int ret = setitimer(ITIMER_REAL, &new_value, NULL); // 非阻塞的
    printf("定时器开始了...\\n");

    if(ret == -1) 
        perror("setitimer");
        exit(0);
    

    getchar();

    return 0;
9.3.4信号捕捉函数
◼ sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
◼ int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, 
struct sigaction *oldact);
/*
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
- 功能：设置某个信号的捕捉行为
- 参数：
- signum: 要捕捉的信号
- handler: 捕捉到信号要如何处理
- SIG_IGN ：忽略信号
- SIG_DFL ：使用信号默认的行为
- 回调函数 : 这个函数是内核调用，程序员只负责写，捕捉到信号后如何去处理信号。
回调函数：
- 需要程序员实现，提前准备好的，函数的类型根据实际需求，看函数指针的定义
- 不是程序员调用，而是当信号产生，由内核调用
- 函数指针是实现回调的手段，函数实现之后，将函数名放到函数指针的位置就可以了。

- 返回值：
成功，返回上一次注册的信号处理函数的地址。第一次调用返回NULL
失败，返回SIG_ERR，设置错误号

SIGKILL SIGSTOP不能被捕捉，不能被忽略。
*/
#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

void myalarm(int num) 
    printf("捕捉到了信号的编号是：%d\\n", num);
    printf("xxxxxxx\\n");


// 过3秒以后，每隔2秒钟定时一次
int main() 

    // 注册信号捕捉
    // signal(SIGALRM, SIG_IGN);
    // signal(SIGALRM, SIG_DFL);
    // void (*sighandler_t)(int); 函数指针，int类型的参数表示捕捉到的信号的值。
    signal(SIGALRM, myalarm);

    struct itimerval new_value;

    // 设置间隔的时间
    new_value.it_interval.tv_sec = 2;
    new_value.it_interval.tv_usec = 0;

    // 设置延迟的时间,3秒之后开始第一次定时
    new_value.it_value.tv_sec = 3;
    new_value.it_value.tv_usec = 0;

    int ret = setitimer(ITIMER_REAL, &new_value, NULL); // 非阻塞的
    printf("定时器开始了...\\n");

    if(ret == -1) 
        perror("setitimer");
        exit(0);
    

    getchar();

    return 0;
9.3.5 信号集以及相关函数

◼ 许多信号相关的系统调用都需要能表示一组不同的信号，多个信号可使用一个称之为信号集的数据结构来表示，其系统数据类型为 sigset_t。

◼ 在 PCB 中有两个非常重要的信号集。一个称之为 “阻塞信号集” ，另一个称之为 “未决信号集” 。这两个信号集都是内核使用位图机制来实现的。但操作系统不允许我们直接对这两个信号集进行位操作。而需自定义另外一个集合，借助信号集操作函数来对 PCB 中的这两个信号集进行修改。

◼ 信号的 “未决” 是一种状态，指的是从信号的产生到信号被处理前的这一段时间。

◼ 信号的 “阻塞” 是一个开关动作，指的是阻止信号被处理，但不是阻止信号产生。

◼ 信号的阻塞就是让系统暂时保留信号留待以后发送。由于另外有办法让系统忽略信号，所以一般情况下信号的阻塞只是暂时的，只是为了防止信号打断敏感的操作。

1.用户通过键盘 Ctrl + C, 产生2号信号SIGINT (信号被创建)

2.信号产生但是没有被处理（未决）
- 在内核中将所有的没有被处理的信号存储在一个集合中（未决信号集）
- SIGINT信号状态被存储在第二个标志位上
- 这个标志位的值为0，说明信号不是未决状态
- 这个标志位的值为1，说明信号处于未决状态

3.这个未决状态的信号，需要被处理，处理之前需要和另一个信号集（阻塞信号集），进行比较
- 阻塞信号集默认不阻塞任何的信号
- 如果想要阻塞某些信号需要用户调用系统的API

4.在处理的时候和阻塞信号集中的标志位进行查询，看是不是对该信号设置阻塞了
- 如果没有阻塞，这个信号就被处理
- 如果阻塞了，这个信号就继续处于未决状态，直到阻塞解除，这个信号就被处理
◼ int sigemptyset(sigset_t *set);
◼ int sigfillset(sigset_t *set);
◼ int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
◼ int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
◼ int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
◼ int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
◼ int sigpending(sigset_t *set);
/*
以下信号集相关的函数都是对自定义的信号集进行操作。

int sigemptyset(sigset_t *set);
- 功能：清空信号集中的数据,将信号集中的所有的标志位置为0
- 参数：set,传出参数，需要操作的信号集
- 返回
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