LINUX---进程间通信（IPC）

news2024/12/28 5:12:31

进程间通信（IPC）介绍：

进程间通信（IPC，InterProcess Communication）是指在不同进程之间传播或交换信息。

IPC的方式通常有管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享存储、Socket、Streams等。其中 Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC。

以Linux中的C语言编程为例。

一、管道

管道，通常指无名管道，是 UNIX 系统IPC最古老的形式。

无名管道，不以文件的形式存在于磁盘中。只存在内存中

1、特点：

1.它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端。

2.它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）。

3.它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write 等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中（不存在磁盘中，也就是父子进程退出后，他就没了）。
4.管道中的数据读走就没了

2、原型：

1 #include <unistd.h>
2 int pipe(int fd[2]);    // 返回值：若成功返回0，失败返回-1

当一个管道建立时，它会创建两个文件描述符：
fd[0]为读而打开，fd[1]为写而打开。如下图：

在这里插入图片描述
读管道里的内容:read ( fd[0], , )
往管道里写内容:write (fd[1], , )
要关闭管道只需将这两个文件描述符关闭即可。

父子进程中的管道应用：


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

int main()
{
    int fd[2];  // 两个文件描述符
    pid_t pid;
    char buff[20];

    if(pipe(fd) < 0)  // 创建管道
        printf("Create Pipe Error!\n");

    if((pid = fork()) < 0)  // 创建子进程
        printf("Fork Error!\n");
    else if(pid > 0)  // 父进程
    {
        close(fd[0]); // 关闭读端
        write(fd[1], "hello world\n", 12);
    }
    else
    {
        close(fd[1]); // 关闭写端
        read(fd[0], buff, 20);
        printf("%s", buff);
    }

    return 0;
}
数据流从父进程流向子进程，则关闭父进程的读端（fd[0]）与子进程的写端（fd[1]）；反之，则可以使数据流从子进程流向父进程

记住写时关读，读时关写就行

FIFO

FIFO，也称为命名管道，它是一种文件类型。

1、特点

FIFO可以在无关的进程之间交换数据，与无名管道不同。

FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

2、原型

1.#include <sys/stat.h>
2 // 返回值：成功返回0，出错返回-1
3 int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
其中的 mode 参数与open函数中的 mode 相同。
一旦创建了一个 FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。

在这里插入图片描述

三、消息队列

原理：B把消息放到消息队列里，A去读。读完之后消息还在
每个消息队列都是一个链表，都有自己的ID
1.获取队列
2.读/写

在这里插入图片描述

1 #include <sys/msg.h>
2 // 创建或打开消息队列：成功返回队列ID，失败返回-1
3 int msgget(key_t key, int flag);
4 // 添加消息：成功返回0，失败返回-1
5 int msgsnd(int msqid, const void *ptr, size_t size, int flag);
6 // 读取消息：成功返回消息数据的长度，失败返回-1
7 int msgrcv(int msqid, void *ptr, size_t size, long type,int flag);
8 // 控制消息队列：成功返回0，失败返回-1
9 int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

发送：
在这里插入图片描述

接收：
在这里插入图片描述

ftok

ls-i 查询文件索引节点号
引入ftok:
在这里插入图片描述

移除消息队列

msgctl(msgID,IPC_RMID,NULL);

四.共享内存

1 #include <sys/shm.h>
2 // 创建或获取一个共享内存：成功返回共享内存ID，失败返回-1
3 int shmget(key_t key, size_t size, int flag);
4 // 连接共享内存到当前进程的地址空间：成功返回指向共享内存的指针，失败返回-1
5 void *shmat(int shm_id, const void *addr, int flag);
6 // 断开与共享内存的连接：成功返回0，失败返回-1
7 int shmdt(void *addr); 
8 // 控制共享内存的相关信息：成功返回0，失败返回-1
9 int shmctl(int shm_id, int cmd, struct shmid_ds *buf);

注意：
共享内存的大小size必须以兆为单位
映射就是把共享内存挂载到进程的存储空间（内存），然后定义一个变量指向这个内存。

写：
在这里插入图片描述
读：

信号

kill-l 查询信号在这里插入图片描述

发信号：kill(pid,signum)

捕捉信号对信号进行装配，用signal函数
在这里插入图片描述

发信号：

信号携带消息

信号量

Linux 下的信号量函数都是在通用的信号量数组上进行操作，而不是在一个单一的二值信号量上进行操作。

#include <sys/sem.h>
// 创建或获取一个信号量组：若成功返回信号量集ID，失败返回-1
int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);
// 对信号量组进行操作，改变信号量的值：成功返回0，失败返回-1
int semop(int semid, struct sembuf semoparray[], size_t numops);
// 控制信号量的相关信息
int semctl(int semid, int sem_num, int cmd, ...);

原理：
一个人想进屋子需要拿锁，拿完之后没有锁了，后面的人不能进去。需要等之前的锁放回来，再拿才能进去

在这里插入图片描述