1. 进程间通信方式

(1) 早期进程间通信：
无名管道(pipe)、有名管道(fifo)、信号(signal)
(2) system V IPC：
共享内存(shared memory)、消息队列(message queue)、信号灯集(semaphore set)
(3) BSD：
套接字(socket)

2. 无名管道

2.1特点

(1) 只能用于具有亲缘关系的进程(父子)之间的通信
(2) 半双工的通信模式，具有固定的读端fd[0]和写端fd[1]。
(3) 管道可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写可以使用文件IO如read、write函数。
(4) 管道是基于文件描述符的通信方式。当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符 fd[0]和fd[1]。其中fd[0]固定用于读管道，而fd[1]固定用于写管道。

2.2函数接口

int pipe(int fd[2])//传int 数组首地址即可
    功能：创建无名管道
参数：文件描述符 fd[0]：读端  fd[1]:写端
返回值：成功 0
    失败 -1

2.3注意事项

(1) 当管道中无数据，读操作会阻塞
当管道中有数据关闭写端，可以将数据读出。
当管道中无数据关闭写端，读操作会立即返回。
(2) 管道中写满（管道大小64K）数据写操作会阻塞，一旦用4K空间（满后，至少读出4k大小数据后才能继续写），写继续
(3) 只有当管道读端存在时，向管道中写入数据才有意义。否则会导致管道破裂，向管道中写入数据进程会收到来自内核的SIGPIPE信号（通常时Broken pipe错误）

3. 有名管道

3.1特点

1. 有名管道可以使互不相关的两个进程互相通信。
2. 有名管道可以通过路径名来指出，并且在文件系统中可见，但内容存放在内存中。但是读写数据不会存在文件中，而是在管道中。（生成管道文件）
3. 进程通过文件IO来操作有名管道
4. 有名管道遵循先进先出规则（所以不能定位）
5. 不支持如lseek() 操作

3.2函数接口

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);
功能：创建有名管道
参数：filename：有名管道文件名
       mode：权限
返回值：成功：0
       失败：-1，并设置errno号
注意对错误的处理方式：
如果错误是file exist时，注意加判断，如：if(errno == EEXIST)（头文件errno.h别忘了加）

注：函数只是在路径下创建管道文件，往管道中写的数据依然写在内核空间。
先创建有名管道，然后用文件IO操作：打开、读写和关闭。

3.3 注意事项

1. 只写方式打开阻塞，一直到另一个进程把读打开
2. 只读方式打开阻塞，一直到另一个进程把写打开（所以先读先写没关系，但要读写都打开才行）
3. 可读可写，如果管道中没有数据，读阻塞

3.4 有名管道和无名管道的区别

4. 信号

kill -l:显示系统中的信号
kill -num PID:给指定进程发送信号

4.1概念

1）信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式
2）信号可以直接进行用户空间进程和内核进程之间的交互，内核进程也可以利用它来通知用户空间进程发生了哪些系统事件。
3）如果该进程当前并未处于执行态，则该信号就由内核保存起来，直到该进程恢复执行再传递给它；如果一个信号被进程设置为阻塞，则该信号的传递被延迟，直到其阻塞被取消时才被传递给进程。

4.2信号的响应方式

1）忽略信号：对信号不做任何处理，但是有两个信号不能忽略：即SIGKILL及SIGSTOP。
2）捕捉信号：定义信号处理函数，当信号发生时，执行相应的处理函数。
3）执行缺省操作：Linux对每种信号都规定了默认操作

4.3信号种类

SIGINT（2）：中断信号，Ctrl+C 产生，用于中断进程
SIGQUIT（3）：退出信号， Ctrl+\ 产生，用于退出进程并生成核心转储文件（vscode 不能使用，在linux终端可以使用）
SIGKILL（9）：终止信号，用于强制终止进程。此信号不能被捕获或忽略。
SIGALRM（14）：闹钟信号，当由 alarm() 函数设置的定时器超时时产生。
SIGTERM（15）：终止信号，用于请求终止进程。此信号可以被捕获或忽略。termination
SIGCHLD（17）：子进程状态改变信号，当子进程停止或终止时产生。
SIGCONT（18）：继续执行信号，用于恢复先前停止的进程。
SIGSTOP（19）：停止执行信号，用于强制停止进程。此信号不能被捕获或忽略。
SIGTSTP（20）：键盘停止信号，通常由用户按下 Ctrl+Z 产生，用于请求停止进程。

4.4 函数接口

4.4.1信号发送和挂起

#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);
功能：给指定进程发送信号
参数：
    pid:指定进程
    sig:要发送的信号
返回值：
    成功：0
    失败：-1

int raise(int sig);
功能:向当前进程发送信号
参数:sig:信号
返回值：
    成功：0
    失败：-1
    相当于：kill(getpid(),sig);

int pause(void);
功能：用于将调用进程挂起，直到收到被捕获处理的信号为止。

4.4.2定时器

unsigned int alarm(unsigned int seconds)
功能：在进程中设置一个定时器。当定时器指定的时间到了时，它就向进程发送SIGALARM信号。系统对SIGALARM信号默认处理方式是退出进程(即收到闹钟信号退出进程)。
参数：seconds：定时时间，单位为秒
返回值：如果调用此alarm()前，进程中已经设置了闹钟时间，则返回上一个闹钟时间的剩余时间，否则返回0。
注意：一个进程只能有一个闹钟时间。如果在调用alarm时已设置过闹钟时间，则之前的闹钟时间被新值所代替。
常用操作：取消定时器alarm(0)，返回旧闹钟余下秒数。

系统SIGALARM信号的响应默认是结束进程，如果不对闹钟信号进行捕捉那默认情况闹钟响了进程就直接结束了。

4.4.3 信号处理函数signal()

typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
功能：信号处理函数
参数：signum：要处理的信号
      handler：信号处理方式
          SIG_IGN：忽略信号  (忽略 ignore）
          SIG_DFL：执行默认操作 （默认 default）
          handler：捕捉信号 (handler为函数名，可以自定义)
                void handler(int sig){} //函数名可以自定义, 参数为要处理的信号
返回值：成功：设置之前的信号处理方式
        失败：-1

补充: typedef 给数据类型重命名的方式

#include <stdio.h>

//给普通数据类型int重命名
typedef int size4;        

//给指针类型int* 重命名
typedef int *int_p;       

//给数组类型int [10]重命名
typedef int intArr10[10]; 

//给函数指针void (*)()重命名
typedef void (*fun_p)(); 

void fun()
{
    printf("fun\n");
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    size4 a = 10;             //相当于int a
    int_p p = &a;             //相当于int* p
    intArr10 arr = {1, 2, 3}; //相当于int arr[10]
    fun_p fp = fun;           //相当于 void (* fp)();

    printf("%d\n", *p);
    printf("%d\n", arr[0]);
    fp();

    return 0;
}

5. 共享内存

1）共享内存是一种最为高效的进程间通信方式，进程可以直接读写内存，而不需要任何数据的拷贝。
2）为了在多个进程间交换信息，内核专门留出了一块内存区，可以由需要访问的进程
将其映射到自己的私有地址空间。进程就可以直接读写这一内存区而不需要进行数据的拷贝，从而大大提高的效率。
3) 由于多个进程共享一段内存，因此也需要依靠某种同步机制，如互斥锁和信号量等

5.2步骤

(1) 创建key值: ftok()
(2) 创建或打开共享内存:shmget()
(3) 映射共享内存到用户空间:shmat()
(4) 撤销映射:shmdt()
(5) 删除共享内存:shmctl()

5.3函数接口

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);
功能：创建出来的具有唯一映射关系的一个key值，帮助操作系统用来标识一块共享内存
参数：
Pathname：已经存在的可访问文件的名字（存在的文件名即可，无关访问，但注意原文件的删除再创建会改变inode号，导致key值变化）
Proj_id：一个字符（因为只用低8位）
返回值：成功：key值
失败：-1
    // 将文件的索引节点号取出ls -i，前面加上proj_id得到key_t的返回值。如指定文件的索引节点号为65538，换算成16进制为 0x010002取后4位，而你指定的ID值为38，换算成16进制为0x26，则最后的key_t返回值为0x26010002。中间的01是系统编号。

int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
功能：创建或打开共享内存
参数：
key  键值
size   共享内存的大小
shmflg   IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777
    返回值：成功  shmid
出错    -1

    //当IPC_CREAT | IPC_EXCL时, 如果没有该块共享内存，则创建，并返回共享内存ID。若已有该块共享内存，则返回-1。

void  *shmat(int  shmid,const  void  *shmaddr,int  shmflg); //attaches
功能：映射共享内存，即把指定的共享内存映射到进程的地址空间用于访问
参数：
shmid   共享内存的id号
shmaddr   一般为NULL，表示由系统自动完成映射
如果不为NULL，那么有用户指定
shmflg：SHM_RDONLY就是对该共享内存只进行读操作
0     可读可写
返回值：成功：完成映射后的地址(后面的操作即可对开辟空间的地址进行操作）
出错：-1（地址）
用法：if((p = (char *)shmat(shmid，NULL,0)) == (char *)-1)

int shmdt(const void *shmaddr); //detaches
功能：取消映射
参数：要取消的地址
返回值：成功0  
失败的-1

int  shmctl(int  shmid,int  cmd,struct shmid_ds *buf); //control
功能：(删除共享内存)，对共享内存进行各种操作
参数：
shmid   共享内存的id号
cmd     IPC_STAT 获得shmid属性信息，存放在第三参数
IPC_SET 设置shmid属性信息，要设置的属性放在第三参数
IPC_RMID:删除共享内存，此时第三个参数为NULL即可
buf    shmid所指向的共享内存的地址,空间被释放以后地址就赋值为null
返回：成功0 
失败-1
用法: shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);

5.4. 命令

ipcs -m: 查看系统中的共享内存
ipcrm -m shmid：删除共享内存

ps: 可能不能直接删除掉 还存在进程使用的共享内存。
这时候可以用ps -ef对进程进行查看，kill掉多余的进程后，再使用ipcs查看。

6. 信号灯集

线程: 全局变量, 同步通过信号量
初始化: sem_init(&sem,0,0);
申请资源:sem_wait(&sem); P操作 -1
释放资源:sem_post(&sem); V操作 +1

6.1 特点

信号灯(semaphore)，也叫信号量，信号灯集是一个信号灯的集合。它是不同进程间或一个给定进程内部不同线程间同步的机制；
而Posix信号灯指的是单个计数信号灯：无名信号灯、有名信号灯。（咱们学的是无名信号灯）
System V的信号灯是一个或者多个信号灯的一个集合。其中的每一个都是单独的计数信号灯。
通过信号灯集实现共享内存的同步操作

6.2 步骤

(1) 创建key值: ftok
(2) 创建或打开信号灯集: semget
(3) 初始化信号灯: semctl
(4) PV操作: semop
(5) 删除信号灯集: semctl

6.3 命令

ipcs -s: 查看信号灯集
ipcrm -s semid: 删除指定的信号灯集
注意：有时候可能会创建失败，或者semid为0，所以用命令看看，删了重新创建就可以了。

6.4 函数接口

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：创建/打开信号灯
参数：key：ftok产生的key值
    nsems：信号灯集中包含的信号灯数目
    semflg：信号灯集的访问权限，通常为IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
    返回值：成功：信号灯集ID
       失败：-1

int semctl ( int semid, int semnum,  int cmd…/*union semun arg*/);
功能：信号灯集合的控制（初始化/删除）
参数：semid：信号灯集ID
    semnum: 要操作的集合中的信号灯编号，信号灯编号从0开始
     cmd： 
        GETVAL：获取信号灯的值，返回值是获得值
        SETVAL：设置信号灯的值，需要用到第四个参数：共用体
        IPC_RMID：从系统中删除信号灯集合
返回值：成功 0
        失败 -1

        用法：
1. 初始化信号灯集：
需要 自定义 共用体
union semun{
    int val;
} mysemun;
mysemun.val=10;
semctl(semid,0,SETVAL,mysemun);  //把0号信号灯初始化

2. 获取信号灯初值: 函数semctl(semid,0,GETVAL); 的返回值就是信号灯的值

3. 删除信号灯集: semctl(semid,0,IPC_RMID);


int semop ( int semid, struct sembuf  *opsptr,  size_t  nops);
功能：对信号灯集合中的信号量进行PV操作
参数：semid：信号灯集ID
     opsptr:操作方式
     nops:  要操作的信号灯的个数 1个
返回值：成功 ：0
      失败：-1
         struct sembuf {
             short  sem_num; // 要操作的信号灯的编号
             short  sem_op;  //    0 :  等待，直到信号灯的值变成0
             //   1  :  释放资源，V操作
             //   -1 :  申请资源，P操作                    
             short  sem_flg; // 0（阻塞）,IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
         };

用法:
申请资源P操作:
struct sembuf mysembuf;
mysembuf.sem_num = 0;
mysembuf.sem_op = -1;
mysembuf.sem_flg = 0;
semop(semid,&mysembuf,1);

释放资源V操作:
mysembuf.sem_num = 0;
mysembuf.sem_op = 1;
mysembuf.sem_flg = 0;
semop(semid,&mysembuf,1);

操作信号灯集:
注意:如果创建失败或者semid为0, 那就删除0重新执行创建就可以了（ipcs 查看semid,ipcrm -s semid 删除即可）

7. 消息队列

传统: 无名管道 有名管道 信号
system V: 共享内存 信号灯集 消息队列
按消息的类型添加或读取消息
队列原则

7.1 特点

消息队列是IPC对象(活动在内核级别的一种进程间通信的工具)的一种
一个消息队列由一个标识符 (即队列ID)来标识
消息队列就是一个消息的列表。用户可以在消息队列中添加消息、读取消息等
消息队列可以按照类型(自己设一个值作为类型)来发送/接收消息

7.2 步骤

(1) 创建key值: ftok
(2) 创建或打开消息队列 msgget()
(3) 添加消息:按照消息的类型把消息添加到已经打开的消息队列末尾 msgsnd()
(4) 读取消息: 可以按照消息类型把消息从队列中读走 msgrcv()
(5) 删除消息队列: msgctl()

7.3 操作命令

ipcs -q: 查看消息队列
ipcrm -q msgid: 删除消息队列
如果创建失败，也要先删除再创建

7.4 函数接口

int msgget(key_t key, int flag);
功能：创建或打开一个消息队列
参数：  key值
       flag：创建消息队列的权限IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
    返回值：成功：msgid
       失败：-1

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t size, int flag); 
功能：添加消息
参数：msqid：消息队列的ID
      msgp：指向消息的指针。常用消息结构msgbuf如下：
          struct msgbuf{
            long mtype;          //消息类型
            char mtext[N]}；     //消息正文
   size：发送的消息正文的字节数
   flag：IPC_NOWAIT消息没有发送完成函数也会立即返回    
         0：直到发送完成函数才返回
返回值：成功：0
      失败：-1
              使用：msgsnd(msgid, &msg,sizeof(msg)-sizeof(long), 0)
              注意：消息结构除了第一个成员必须为long类型外，其他成员可以根据应用的需求自行定义。

int msgrcv(int msgid,  void* msgp,  size_t  size,  long msgtype,  int  flag);
功能：读取消息
参数：msgid：消息队列的ID
     msgp：存放读取消息的空间
     size：接受的消息正文的字节数(sizeof(msgp)-sizeof(long))
    msgtype：
            0：接收消息队列中第一个消息。
            大于0：接收消息队列中第一个类型为msgtyp的消息.
    小于0：接收消息队列中类型值不小于msgtyp的绝对值且类型值又最小的消息。
     flag：
           0：若无消息函数会一直阻塞
           IPC_NOWAIT：若没有消息，进程会立即返回ENOMSG
返回值：成功：接收到的消息的长度
      失败：-1

    int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );
功能：对消息队列的操作，删除消息队列
参数：msqid：消息队列的队列ID
     cmd：
        IPC_STAT：读取消息队列的属性，并将其保存在buf指向的缓冲区中。
        IPC_SET：设置消息队列的属性。这个值取自buf参数。
        IPC_RMID：从系统中删除消息队列。
     buf：消息队列缓冲区
返回值：成功：0
      失败：-1
    用法：msgctl（msgid, IPC_RMID, NULL）