进程和线程之间有很多种方法进行通信，如下是需要掌握的通信方式：
- 无名管道（pipe）
- 有名管道（fifo）
- 信号（signal）
- 共享内存（mmap）
本文章代码存放在GitHub中的UNIX_Coding中，需要自行查看
https://github.com/Scholar618/UNIX_Codings/tree/main/Linux
无名管道
定义：在内核中开辟一块内存作为通道连接两个进程之间的通信，它一般是单向的。
特点 ：
- 只能在具有公共祖先的两个进程之间使用
- 单工（单向）的通信模式，具有固定的读写端
- 无名管道创建时会返回两个文件描述符，分别用于读写管道
无名管道创建
int pipe(int pfd[2]);
- 成功时返回0，失败时返回EOF
- pfd包含两个元素的整形数组，用来保存文件描述符
- pfd[0]用于读管道，pfd[1]用于写管道
示例程序：
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> int main() { int pfd[2]; int re; char buf[20]; pid_t pid; re = pipe(pfd); if(re < 0) { perror("pipe"); return 0; } pid = fork(); if(pid < 0) { perror("fork"); return 0; } else if(pid == 0) { // 子进程 while(1) { strcpy(buf, "I love Linux!"); write(pfd[1], buf, strlen(buf)); sleep(1); } } else { // 父进程 while(1) { re = read(pfd[0], buf, 20); if(re > 0) { printf("read pipe = %s\n", buf); } } } return 0; }
管道可以由大于等于两个进程共享
例如一个父进程进行读数据，两个子进程进行写数据
示例程序：#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> int main(){ int pfd[2]; int i; int re; char buf[40]={0}; pid_t pid; re = pipe(pfd); if(re<0){ perror("pipe"); return 0; } printf("%d,%d\n",pfd[0],pfd[1]); for(i=0;i<2;i++){ pid = fork(); if(pid<0){ perror("fork"); return 0; }else if(pid>0){ }else{ break; } } if(i==2){ close(pfd[1]); while(1){ memset(buf,0,40); re=read(pfd[0],buf,40); if(re>0){ printf("%s\n",buf); } } return 0; } if(i==1){ close(pfd[0]); while(1){ strcpy(buf,"this is 2 process"); write(pfd[1],buf,strlen(buf)); usleep(930000); } return 0; } if(i==0){ close(pfd[0]); while(1){ strcpy(buf,"this is 1 process"); write(pfd[1],buf,strlen(buf)); sleep(1); } return 0; } }
无名管道的读写特性
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：
- 管道写端被全部关闭，read返回0（假设读到文件末尾）
- 写段没有被完全关闭，read阻塞等待（以后可能会有数据传递，此时让出CPU）
写管道：
- 管道读端全部被关闭，进程异常终止（也可以捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止）
- 管道读端没有全部关闭：
- 管道已满，write阻塞（管道大小64K）
- 管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数
有名管道
特点
- 有名管道可以使非亲缘关系的两个进程相互通信
- 通过路径名来操作，在文件系统中可见，但内容存放在内存中
- 文件IO来操作有名管道
- 遵循先进先出原则
- 不支持leek操作
- 单工读写
有名管道的创建
#include <fcntl.h> #include <unistd.h> int mkfifo(const char *path, mode_t mode);
- 成功时返回0，失败时返回EOF
- path创建的管道文件路径
- mode管道文件的权限，如0666
示例代码：fifor.c（读管道）
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> int main() { int re; int fd; char buf[32]; fd = open("/myfifo", O_RDONLY); if(fd < 0) { perror("open"); return 0; } while(1) { re = read(fd, buf, 32); if(re > 0) { printf("read fifo = %s",buf); } else if(re == 0) { exit(0); } } }fifow.c(写管道)
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> int main() { int re; int fd; char buf[32]; re = mkfifo("/myfifo", 0666); if(re < 0) { perror("mkfifo"); // return 0; } fd = open("/myfifo", O_WRONLY|O_NONBLOCK); if(fd < 0) { perror("open"); return 0; } printf("after open!\n"); while(1) { fgets(buf, 32, stdin); write(fd, buf, strlen(buf)); } }
有名管道注意事项：
- 程序不能以O_RDWR（读写）模式打开FIFO文件进行读写操作
- 第二个参数中的选项O_NONBLOCK，选项O_NONBLOCK表示非阻塞，如果没有这个选项为阻塞的
共享内存
概念：
- 共享内存也叫内存映射
- 共享内存可以使用mmap()映射普通文件
- 使一个磁盘文件与内存中的一个缓冲区相映射，进程可以像普通内存那样对文件进行访问，不必再调用write，read
函数定义：
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
- 功能：创建共享内存映射
- 函数返回值：成功返回创建的映射区首地址，失败返回MAP_FAILED（ ((void *) -1) ），设置errno值
- 参数：
- addr：指定要映射的内存地址，一般设置为 NULL 让操作系统自动选择合适的内存地址。
length：必须>0。映射地址空间的字节数，它从被映射文件开头 offset 个字节开始算起。
prot：指定共享内存的访问权限。可取如下几个值的可选：PROT_READ（可读）, PROT_WRITE（可写）, PROT_EXEC（可执行）, PROT_NONE（不可访问）。
flags：由以下几个常值指定：MAP_SHARED（共享的） MAP_PRIVATE（私有的）, MAP_FIXED（表示必须使用 start 参数作为开始地址，如果失败不进行修正），其中，MAP_SHARED , MAP_PRIVATE必选其一，而 MAP_FIXED 则不推荐使用。MAP_ANONYMOUS（匿名映射，用于血缘关系进程间通信）
fd：表示要映射的文件句柄。如果匿名映射写-1。
offset：表示映射文件的偏移量，一般设置为 0 表示从文件头部开始映射。
注意事项：
（1） 创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的读操作，将文件内容读取到映射区。
（2） 当MAP_SHARED时，要求：映射区的权限应 <=文件打开的权限(出于对映射区的保护)，如果不满足报非法参数（Invalid argument）错误。
当MAP_PRIVATE时候，mmap中的权限是对内存的限制，只需要文件有读权限即可，操作只在内存有效，不会写到物理磁盘，且不能在进程间共享。
（3） 映射区的释放与文件关闭无关，只要映射建立成功，文件可以立即关闭。
（4） 用于映射的文件大小必须>0，当映射文件大小为0时，指定非0大小创建映射区，访问映射地址会报总线错误，指定0大小创建映射区，报非法参数错误（Invalid argument）
（5） 文件偏移量必须为0或者4K的整数倍（不是会报非法参数Invalid argument错误）.
（6）映射大小可以大于文件大小，但只能访问文件page的内存地址，否则报总线错误 ，超出映射的内存大小报段错误
信号
信号是软件中断，是一种处理异步事件的方法，例如终端用户输入中断键，会通过信号机制停止程序。例如kill -9 程序号，等等都是信号机制。
概念：
使用kill -l命令查看所有信号编号，注意哦，不存在编号为0的信号。编号为0的信号有新的用途。
一些常用信号解释：
产生信号的方式：
- 用户按下某些终端键时，引发终端产生的信号，例如（Ctrl + C）产生中断信号（SIGNALINT）
- 硬件异常产生信号：除数为0或者无效的内存引用等。会有硬件检测出来，并通知内核，然后内核为该进程产生信号。例如：对执行一个无效内存引用的进程产生（SIGSEGV）信号
- 进程调用kill函数将任意信号发送给另一个进程或进程组，但是，接收信号进程必须和发送信号进程的所有者完全相同。或者发送信号进程是root用户
- 用户使用kill命令
- 当检测到某种软件条件已经发生，并通知有关进程时也会产生信号。
处理信号的方式：
- 忽略信号：两种信号不能被忽略，SIGKILL(9)和SIGSTOP(19)
- 捕捉信号：在用户函数中，执行用户希望对这种事件进行的处理。
- 执行系统默认动作：如上图，执行默认动作，注意，对大多数信号的系统默认动作是终止该进程。
函数定义
#include <signal.h>
// 1.
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
// 2.
void (*signal(int signo, void (*func) (int))) (int);signo是信号名， func值常量是SIG_IGN、常量SIG_DFL或当接到此信号后要调用的函数地址。
- SIG_IGN：向内核表示忽略此信号（SIGKILL和SIGSTOP）不能被忽略
- SIG_DFL：表示接到此信号后的动作是系统默认动作。
- 函数地址：信号发生时，调用该函数，称为捕捉信号，称函数为信号处理程序、信号捕捉函数。
#include <signal.h>头文件中，有如下定义:
#define SIG_ERR (void(*)())-1 // 指定一个无效的处理程序
#define SIG_DFL (void(*)())0 // 使用默认的处理方式
#define SIG_IGN (void(*)())1 // 忽略信号共享内存
允许两个或多个进程共享一个给定的存储区，在多个进程之间同步访问一个给定的存储区
函数定义
#include <sys/shm.h>
int shmctl(int shmid, int cmd, struct shmid_ds *buf);注意：共享内存实现进程间通信是进程间通信最快的。
