进程间通信--学习笔记

2023-11-26 15:43 由 L*K 发表于 #其他

# 进程间通信

--pipe、FIFO、共享内存、消息队列、信号量

pipe(无名管道）

只能实现有亲缘关系进程之间的通信，它是单向的，

int pipe(int piped[2])  //创建管道

fd[0] : 读文件，fd[1] :写文件。

之后可以用open()、write()函数进行对管道进行操作,

创建管道要在fork()之前以保证父子进程操作是同一个管道。

FIFO(有名管道）

int mkfifo(const char* pathname,mode_t mode) 	//创建有名管道函数

mkfifo [option] [name] 							 //创建有名管道命令

int access (const char* pathname,int mode)		//可用来检查管道的权限

mode :

F_OK : 检查文件是否存在

R_OK: 检查读权限

W_OK: 检查写权限

X_OK : 检查执行权限

成功时返回 0，失败时返回 -1

管道与普通文件的区别之一，管道文件使用read()时，文件为空时进程会阻塞

信号通信

信号的发送： kill(),raise()

int kill(pid_t pid,int sig);

int raise(int sig);

raise()函数等价于kill(getpid(),sig);

atoi() //将字符串转化为整形

alarm()函数是一种系统调用，用于设置一个闹钟。当指定的时间过去之后，会发送一个信号给当前进程。

alarm()函数的原型是：

int alarm(int seconds);

alarm()`函数接受一个整数参数，表示闹钟应该在多少秒后响起。如果参数为0，那么闹钟将立即响起。如果函数成功执行，将返回0。如果函数执行失败，将返回-1。

当闹钟响起时，当前进程会收到一个SIGALRM信号。默认情况下，该信号将终止进程。但是，您可以使用信号处理函数来捕获SIGALRM信号并执行自定义操作。

信号的处理：

三种方式： 1）系统默认 2) 忽略 3) 捕获

sighandler_t signal(int signum,sighandler_t handler);

参数1：要进行处理的信号，shell中可通过kill -l 命令查看,

参数2：处理的方式

SIG_DFL （默认）
SIG_IGN（忽略）
myfun(自己定义的函数）

共享内存

在C语言中，共享内存是一种让不同进程可以访问同一块物理内存的技术。通过共享内存，不同进程可以相互通信并共享数据。

在Unix/Linux系统中，我们可以使用系统调用shmget、shmat、shmdt和shmctl来创建、映射、解除映射和删除共享内存段。

int shmget(ket_t key,size_t size,int shmflg); //创建共享内存

参数：

key_t key : IPC_PRIVATE或者是ftok()函数的返回值。（用ftok()函数后面要加上IPC_CREAT)

size_t size : 共享内存的大小

int shmflg : 权限

返回值：

成功返回内存的标识符，失败返回-1

key_t ftok(const char *pathname, int id);

这个函数根据文件名（pathname）和可选的标识符（id）来生成一个唯一的键值（key_t类型）。这个键值可以用来在后续的调用中识别同一共享内存段。

id参数通常是一个常数，用来区分不同的进程和不同的文件。如果id参数为0，那么ftok()函数会忽略它，只使用文件名作为唯一的键值。

如果函数成功执行，它将返回一个唯一的键值。如果失败，它将返回-1。

注意，ftok()函数并不是线程安全的，因为它返回的是静态内存。在多线程环境中，如果多个线程同时调用ftok()函数，可能会导致冲突。

void *shmat(int shmid ,const void * shmaddr,int shmflg);

参数：

int shmid : 共享内存的标识符

void *shmaddr: 映射到的地址，一般写NULL

int shmflg : 通常为0 表示内存可读可写，或者SHM_RDONLY表示只读

返回值：

成功返回共享内存映射到进程中的地址，失败返回-1.

int shmdt(const void *shmaddr)

成功返回0，失败返回-1.

只是删除进程中的地址映射，不会删除内核里面的共享内存对象，可以用shmctl()函数删除内核里的对象。

int shmctl(int shmid,int cmd,struct shmid_ds *buf);

参数：

int shmid : 要操作的共享内存的标识符

int cmd : IPC_STAT(获取对象属性)

IPC_SET(设置对象属性)

IPC_RMID（删除对象）

shmid_ds *buf : 指定IPC_STAT时用来保存或设置的属性.

消息队列

在C语言中，消息队列是一种进程间通信（IPC）的机制，它允许进程之间发送和接收消息。消息队列是操作系统内核维护的一种数据结构，它可以在不同的进程之间传递数据。

在C语言中，使用消息队列进行通信需要使用系统调用 msgget()、msgsnd()、msgrcv() 和 msgctl()。

int msgget(key_t key,int msgflg);

参数：

key_t key : 消息队列相关的key值

int msgflg: 访问权限

队列时链式的，所以不用像共享内存一样指定队列的大小

int msgctl(int msgid,int cmd,strcut msgid_ds *buf);

参数：

int msgid : 消息队列的ID

int cmd : 同共享内存

buf : 消息队列的缓冲区

返回值：

成功返回0，失败返回-1.

msgsnd()函数是在Unix/Linux环境中使用的，它属于POSIX消息队列API。这个函数用于发送消息到已经创建的队列中。

int msgsnd(int msqid,const void *msgp,size_t msgsz,int msgflg);

参数：

int msqid : 消息队列ID

void *msgp : 指向消息类型的指针

size_t msgsz : 发送消息的字节数

int msgflg : 如果为0 阻塞发送，IPC_NOWAIT: 非阻塞发送

返回值：

成功返回0 失败返回 -1

size_t msgrcv(int msqid,void * msgp,size_t msgsz,long msgtyp,int msgflg);

参数：

msqid：这是消息队列的标识符（message queue identifier），即我们要从中接收消息的消息队列的描述符。
msg_ptr：这是一个指向接收缓冲区的指针，该缓冲区用于存储接收的消息。这个缓冲区应该足够大，以容纳消息的最大长度，这个长度通常由消息队列的属性mq_msgsize给出。
msg_len：这是msg_ptr指向的缓冲区的大小（以字节为单位）。这个值应该等于或大于消息的最大长度。
msg_prio：这是一个指向整数的指针，该整数用于存储接收消息的优先级。消息的优先级是一个0到MQ_PRIO_MAX（通常为32767）的整数。
msg_flags：这是一个标志位，用于控制函数的行为。标志可以是以下值的组合或之一：MSG_NOERROR（如果消息被截断，不返回错误）、MSG_PEEK（仅查看消息，不移除）和MSG_WAITALL（等待直到接收到足够长度的消息）。

这个函数的返回值是接收的消息的长度（以字节为单位），如果成功；如果发生错误，则返回-1并设置errno。可能的错误包括但不限于EBADF（无效的队列描述符）、EINVAL（无效的标志）、EMSGSIZE（缓冲区太小）和ETIMEDOUT（在无消息可用时超时）

信号量

用来保护共享资源

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);

参数：

key：用于标识信号量的键。这个键可以是正整数或字符串，其用途是标识要获取或创建的信号量。如果key是正整数，那么它代表了一个已经存在的信号量；如果是零，则表示创建一个新的未命名信号量；如果是负数，则表示创建一个新的命名信号量，名字为-key。
nsems：指定要获取或创建的信号量数量。通常来说，这个值应该为1，表示只获取或创建一个信号量。
```
semflg
```
：指定信号量的属性。这个参数可以是以下标志的组合或之一：
- IPC_CREAT：如果信号量不存在，则创建新的信号量。
- IPC_EXCL：如果信号量已经存在，则不执行任何操作并返回错误。
- 0：如果指定了IPC_CREAT标志，则该值必须是零。

返回值：

如果函数执行成功，返回值为非负整数，代表成功获取或创建的信号量的数量。对于未命名的信号量，返回值是有效的信号量ID；对于命名的信号量，返回值是已成功连接的信号量数量。
如果函数执行失败，返回值为-1，并且错误代码被存储在errno中。可能的错误包括：EACCES（权限不足）、EEXIST（键已经存在）、EINVAL（无效的参数）、ENOENT（键不存在）和ENOMEM（内存不足）。

semctl()函数是用于控制信号量的函数之一。它是Unix/Linux操作系统中用于进程间通信（IPC）的一种机制。

int semctl(int semid, int semnum, int cmd, union semun arg);

参数说明：

semid：信号量标识符（semid），由semget()函数获取。
semnum：信号量编号，通常为0，表示对第一个信号量进行操作。
cmd: IPC_STAT,IPC_SET,IPC_RMID,SETVAL(设置信号量的值)
arg：union类型的结构体，包含要传递给命令的参数。具体结构体定义如下：

union semun {  
    int val;            /* 用于SETVAL和GETVAL操作，可能是信号量的当前值。 */  
    struct semid_ds *buf;  /*用于SETALL和GETALL操作，这个指针指向一个semid_ds结构体，*/
    unsigned short *array;   /* 同样用于SETALL和GETALL操作，这个指针指向一个unsigned short类型的数组，可能是多个信号量的列表。 */  
    void *ptr;            /* 用于GETOPT操作，可能是一个任意的指针，用于传递额外的参数 */  
};

返回值：

如果函数执行成功，返回值为0；
如果函数执行失败，返回值为-1，并设置errno为相应的错误代码。

semop()函数是Unix/Linux操作系统中用于对信号量进行操作的函数之一。它是进程间通信（IPC）的一种机制，用于实现进程间的同步和互斥。

int semop(int semid, struct sembuf *sops, size_t nops);

参数说明：

semid：信号量标识符（semid），由semget()函数获取。
sops：指向sembuf结构体数组的指针，用于指定要对信号量执行的操作。
nops：数组中要执行的操作数量。

sembuf结构体定义如下：

struct sembuf {  
    unsigned short sops;  // 操作类型（如SEM_ waits 或 SEM_posts）  
    unsigned short _pad;   // 填充，使用时必须是0  
    int sem_num;           // 信号量编号（在semid中）  
    int sem_op;             // 操作值（-1为减，1为加）  
    int sem_flg;            // 标志位（如IPC_NOWAIT为非阻塞，0表示阻塞）  
};