LINUX環(huán)境編程-進(jìn)程間通訊

LINUX應(yīng)用編程–

進(jìn)程間通訊2009年12月22日2LINUX應(yīng)用編程-目錄IPC概述管道FIFO共享存儲(chǔ)套接字信號(hào)量消息隊(duì)列3進(jìn)程間通訊–IPC概述信號(hào)（signal）親緣進(jìn)程和非親緣進(jìn)程都可以，也可以進(jìn)程自己給自己遞送信號(hào)。信號(hào)量（semaphore）主要是線程間和親緣和非親緣的進(jìn)程間的同步手段，不做數(shù)據(jù)傳輸之用。管道只允許親緣進(jìn)程間的通訊。命名管道（FIFO）除了親緣進(jìn)程可以通訊外，非親緣進(jìn)程也可以通訊。共享內(nèi)存多個(gè)進(jìn)程可以訪問(wèn)同一塊內(nèi)存空間，是最快的IPC方式。在進(jìn)程間傳遞數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)須任何內(nèi)存的拷貝?？梢栽谟H緣和非親緣的進(jìn)程間使用。套接字最通用的進(jìn)程間通訊方式，它提供了一種讓不同機(jī)器上進(jìn)程間通訊方式。消息隊(duì)列可以用在非親緣關(guān)系的進(jìn)程之間使用4進(jìn)程間通訊–

管道管道是UNIXIPC的最老形式，并且所有UNIX系統(tǒng)都提供此種通信機(jī)制，管道有兩種限制；(1)它們是半雙工的。數(shù)據(jù)只能在一個(gè)方向上流動(dòng)。(2)它們只能在具有公共祖先的進(jìn)程之間使用。通常，一個(gè)管道由一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建，然后該進(jìn)程調(diào)用fork，此后父、子進(jìn)程之間就可應(yīng)用該管道。管道的寫和讀有兩個(gè)特性：(1)數(shù)據(jù)寫入時(shí)，放在管道的結(jié)尾。(2)數(shù)據(jù)讀取時(shí)，從管道的頭開(kāi)始讀取。5進(jìn)程間通訊–pipe函數(shù)管道是由調(diào)用pipe函數(shù)而創(chuàng)建的。#include<unistd.h>intpipe(intfiledes[2]);參數(shù)filedes返回兩個(gè)文件描述符：filedes[0]為讀而打開(kāi)，filedes[1]為寫而打開(kāi)。filedes[1]的輸出是filedes[0]的輸入。由于管道是單向的，所以通常一個(gè)進(jìn)程需要關(guān)閉寫端或者讀端，而另一個(gè)進(jìn)程則關(guān)閉相應(yīng)的讀端或?qū)懚?。寫端不存在時(shí)，讀端會(huì)收到文件結(jié)束符。讀端不存在時(shí)，寫端會(huì)收到SIGPIPE信號(hào)。如果忽略該信號(hào)或者捕捉該信號(hào)并從其處理程序返回，則write出錯(cuò)返回，errno設(shè)置為EPIPE成功返回0，失敗返回-1.缺點(diǎn)：只能用于親緣進(jìn)程間通訊，在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)管道幾乎是沒(méi)有實(shí)際用處的在寫管道時(shí)，常數(shù)PIPE_BUF規(guī)定了內(nèi)核中管道緩存器的大小。如果對(duì)管道進(jìn)行write調(diào)用，而且要求寫的字節(jié)數(shù)小于等于PIPE_BUF，則此操作不會(huì)與其他進(jìn)程對(duì)同一管道（或FIFO）的write操作穿插進(jìn)行。但是，若有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)寫一個(gè)管道（或FIFO），而且某個(gè)或某些進(jìn)程要求寫的字節(jié)數(shù)超過(guò)PIPE_BUF字節(jié)數(shù)，則數(shù)據(jù)可能會(huì)與其他寫操作的數(shù)據(jù)相穿插。6進(jìn)程間通訊–fork前后管道關(guān)系fork之后做什么取決于我們想要有的數(shù)據(jù)流的方向。對(duì)于從父進(jìn)程到子進(jìn)程的管道，父進(jìn)程關(guān)閉管道的讀端（fd[0]），子進(jìn)程則關(guān)閉寫端（fd[1]）Fork后的半雙工管道從父進(jìn)程到子進(jìn)程的管道對(duì)于從子進(jìn)程到父進(jìn)程的管道，父進(jìn)程關(guān)閉fd[1]，子進(jìn)程關(guān)閉fd[0]7進(jìn)程間通訊–popen和pclose函數(shù)我們常用到的一個(gè)操作是創(chuàng)建一個(gè)連接到另一個(gè)進(jìn)程的管道，然后讀其輸出或向其發(fā)送輸入，所以標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)為實(shí)現(xiàn)這些操作提供了兩個(gè)函數(shù)popen和pclose。這兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的操作是：創(chuàng)建一個(gè)管道，fork一個(gè)子進(jìn)程，關(guān)閉管道的不使用端，exec一個(gè)shell以執(zhí)行命令，等待命令終止。#include<stdio.h>FILE*popen(constchar*command,constchar*type);返回：若成功則為文件指針，若出錯(cuò)則為NULLintpclose(FILE*stream);返回：command的終止?fàn)顟B(tài)，若出錯(cuò)則為-1函數(shù)popen先執(zhí)行fork，然后調(diào)用exec以執(zhí)行command，并且返回一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)I/O文件指針。如果type是"r"，則文件指針連接到command的標(biāo)準(zhǔn)輸出。如果type是“w”,則文件指針連接到command的標(biāo)準(zhǔn)輸入。pclose函數(shù)關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)I/O流，等待命令執(zhí)行結(jié)束，然后返回shell的終止?fàn)顟B(tài)。如果shell不能被執(zhí)行，則pclose返回的終止?fàn)顟B(tài)與shell執(zhí)行exit一樣。8進(jìn)程間通訊–FIFOFIFO有時(shí)被稱為命名管道。管道只能由相關(guān)進(jìn)程使用，它們共同的祖先進(jìn)程創(chuàng)建了管道。但是，通過(guò)FIFO，不相關(guān)的進(jìn)程也能交換數(shù)據(jù)。創(chuàng)建FIFO類似于創(chuàng)建文件。確實(shí)，F(xiàn)IFO的路徑名存在于文件系統(tǒng)中。#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>intmkfifo(constchar*pathname,mode_tmode);返回0成功，返回-1失敗mkfifo函數(shù)中mode參數(shù)的規(guī)格說(shuō)明與open函數(shù)中的mode相同。一旦已經(jīng)用mkfifo創(chuàng)建了一個(gè)FIFO，就可用open打開(kāi)它。確實(shí)，一般的文件I/O函數(shù)（open、close、read、write、unlink等）都可用于FIFO。FIFO有兩種用途：(1)FIFO由shell命令使用以便將數(shù)據(jù)從一條管道線傳送到另一條，為此無(wú)需創(chuàng)建中間臨時(shí)文件。(2)FIFO用于客戶機(jī)-服務(wù)器應(yīng)用程序中，以在客戶機(jī)和服務(wù)器之間傳遞數(shù)據(jù)9進(jìn)程間通訊–FIFO當(dāng)打開(kāi)一個(gè)FIFO時(shí)，非阻塞標(biāo)志（O_NONBLOCK）產(chǎn)生下列影響：(1)在一般情況中（沒(méi)有說(shuō)明O_NONBLOCK），只讀打開(kāi)要阻塞到某個(gè)其他進(jìn)程為寫打開(kāi)此FIFO。類似，為寫而打開(kāi)一個(gè)FIFO要阻塞到某個(gè)其他進(jìn)程為讀而打開(kāi)它。(2)如果指定了O_NONBLOCK，則只讀打開(kāi)立即返回。但是，如果沒(méi)有進(jìn)程已經(jīng)為讀而打開(kāi)一個(gè)FIFO，那么只寫打開(kāi)將出錯(cuò)返回，其errno是ENXIO。類似于管道，若寫一個(gè)尚無(wú)進(jìn)程為讀而打開(kāi)的FIFO，則產(chǎn)生信號(hào)SIGPIPE。若某個(gè)FIFO的最后一個(gè)寫進(jìn)程關(guān)閉了該FIFO，則將為該FIFO的讀進(jìn)程產(chǎn)生一個(gè)文件結(jié)束標(biāo)志。一個(gè)給定的FIFO有多個(gè)寫進(jìn)程是常見(jiàn)的。這就意味著如果不希望多個(gè)進(jìn)程所寫的數(shù)據(jù)互相穿插，則需考慮原子寫操作。正如對(duì)于管道一樣，常數(shù)PIPE_BUF說(shuō)明了可被原子寫到FIFO的最大數(shù)據(jù)量。10進(jìn)程間通訊–

共享存儲(chǔ)共享存儲(chǔ)允許兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程共享一給定的存儲(chǔ)區(qū)。因?yàn)閿?shù)據(jù)不需要在客戶機(jī)和服務(wù)器之間復(fù)制，所以這是最快的一種IPC。使用共享存儲(chǔ)的唯一竅門是多個(gè)進(jìn)程之間對(duì)一給定存儲(chǔ)區(qū)的同步存取。若服務(wù)器將數(shù)據(jù)放入共享存儲(chǔ)區(qū)，則在服務(wù)器做完這一操作之前，客戶機(jī)不應(yīng)當(dāng)去取這些數(shù)據(jù)。通常，信號(hào)量被用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)共享存儲(chǔ)存取的同步。11進(jìn)程間通訊–mmapvoid*mmap(void*addr,size_tlength,intprot,intflags,intfd,off_toffset)mmap在進(jìn)程地址空間創(chuàng)建一個(gè)映射。它既可以把一個(gè)文件映射到內(nèi)存，也可以映射一塊內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間內(nèi)存共享。addr為共享內(nèi)存的起始地址，為NULL時(shí)，內(nèi)核會(huì)自動(dòng)選擇一個(gè)起始地址。length為共享內(nèi)存的長(zhǎng)度。prot指明了共享內(nèi)存保護(hù)狀態(tài)：PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE,PROT_NONEflagsMAP_SHARED共享此內(nèi)存MAP_PRIVATE只有該進(jìn)程可見(jiàn)。MAP_ANONYMOUS為匿名映射。參數(shù)fd為即將映射到進(jìn)程空間的文件描述字，一般由open()返回，同時(shí)，fd可以指定為-1，此時(shí)須指定flags參數(shù)中的MAP_ANON，表明進(jìn)行的是匿名映射（不涉及具體的文件名，避免了文件的創(chuàng)建及打開(kāi)，很顯然只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間通信）。12進(jìn)程間通訊–

內(nèi)存共享內(nèi)核為每個(gè)共享存儲(chǔ)段設(shè)置了一個(gè)shmid_ds結(jié)構(gòu)。#include<sys/ipc.h>#include<sys/shm.h>#include<sys/types.h>key_tftok(constchar*pathname,intproj_id);intshmget(key_tkey,size_tsize,intshmflg);void*shmat(intshmid,constvoid*shmaddr,intshmflg);intshmdt(constvoid*shmaddr);intshmctl(intshmid,intcmd,structshmid_ds*buf);共享內(nèi)存1314進(jìn)程間通訊–shmget函數(shù)調(diào)用的第一個(gè)函數(shù)通常是shmget，它獲得一個(gè)指定大小的共享存儲(chǔ)標(biāo)識(shí)符。intshmget(key_tkey,size_tsize,intshmflg);key參數(shù)用來(lái)標(biāo)識(shí)共享內(nèi)存size參數(shù)該共享存儲(chǔ)段的最小值，如果正在創(chuàng)建一個(gè)新段（一般在服務(wù)器中），則必須指定其size。如果正在存訪一個(gè)現(xiàn)存的段（一個(gè)客戶機(jī)），則將size指定為0。shmflg參數(shù)有IPC_CREAT和IPC_EXCL，最為重要的是在shmflg中指明訪問(wèn)權(quán)限，跟open的mode參數(shù)一樣。否則會(huì)出現(xiàn)permissiondenied等錯(cuò)誤。返回：若成功則為共享內(nèi)存ID，若出錯(cuò)則為-1key可由ftok()生成。pathname必須為調(diào)用進(jìn)程可以訪問(wèn)的。proj_id的低8bit有效。pathname和proj_id共同組成一個(gè)key。15進(jìn)程間通訊–shmat一旦創(chuàng)建了一個(gè)共享存儲(chǔ)段，進(jìn)程就可調(diào)用shmat將其連接到它的地址空間中。void*shmat(intshmid,constvoid*addr,intshmflg);返回：若成功則為指向共享存儲(chǔ)段的指針，若出錯(cuò)則為-1共享存儲(chǔ)段連接到調(diào)用進(jìn)程的哪個(gè)地址上與addr參數(shù)以及在flag中是否指定SHM_RND位有關(guān)。(1)如果addr為NULL，則此段連接到由內(nèi)核選擇的第一個(gè)可用地址上。(2)如果addr非NULL，并且沒(méi)有指定SHM_RND，則此段連接到addr所指定的地址上。(3)如果addr非0，并且指定了SHM_RND，則此段連接到（addr－(addrmodSHMLBA)）所表示的地址上。SHM_RND命令的意思是：取整。SHM_LBA的意思是：低邊界地址倍數(shù)，它總是2的乘方。該算式是將地址向下取最近1個(gè)SHMLBA的倍數(shù)。一般應(yīng)指定addr為0，以便由內(nèi)核選擇地址。16進(jìn)程間通訊–shmctlshmctl函數(shù)對(duì)共享存儲(chǔ)段執(zhí)行多種操作。intshmctl(intshmid,intcmd,structshmid_ds*buf);cmd參數(shù)指定下列5種命令中一種，使其在shmid指定的段上執(zhí)行：IPC_STAT對(duì)此段取shmid_ds結(jié)構(gòu)，并存放在由buf指向的結(jié)構(gòu)中。IPC_SET按buf指向的結(jié)構(gòu)中的值設(shè)置與此段相關(guān)結(jié)構(gòu)中的下列三個(gè)字段：shm_perm.uid、shm_perm.gid以及shm_perm.mode。此命令只能由下列兩種進(jìn)程執(zhí)行：一種是其有效用戶ID等于shm_perm.cuid或shm_perm.uid的進(jìn)程；另一種是具有超級(jí)用戶特權(quán)的進(jìn)程。

IPC_RMID從系統(tǒng)中刪除該共享存儲(chǔ)段。因?yàn)槊總€(gè)共享存儲(chǔ)段有一個(gè)連接計(jì)數(shù)（shm_nattch在shmid_ds結(jié)構(gòu)中）,所以除非使用該段的最后一個(gè)進(jìn)程終止或與該段脫接，否則不會(huì)實(shí)際上刪除該存儲(chǔ)段。不管此段是否仍在使用，該段標(biāo)識(shí)符立即被刪除,所以不能再用shmat與該段連接。此命令只能由下列兩種進(jìn)程執(zhí)行:一種是其有效用戶ID等于shm_perm.cuid或shm_perm.uid的進(jìn)程；另一種是具有超級(jí)用戶特權(quán)的進(jìn)程。SHM_LOCK

鎖住共享存儲(chǔ)段。此命令只能由超級(jí)用戶執(zhí)行。(禁止換出)SHM_UNLOCK解鎖共享存儲(chǔ)段。此命令只能由超級(jí)用戶執(zhí)行。返回：若成功則為0，若出錯(cuò)則為-117進(jìn)程間通訊–shmdt當(dāng)對(duì)共享存儲(chǔ)段的操作已經(jīng)結(jié)束時(shí)，則調(diào)用shmdt脫接該段。注意，這并不從系統(tǒng)中刪除其標(biāo)識(shí)符以及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該標(biāo)識(shí)符仍然存在，直至某個(gè)進(jìn)程（一般是服務(wù)器）調(diào)用shmctl（帶命令I(lǐng)PC_RMID）特地刪除它。intshmdt(constvoid*shmaddr);shmaddr參數(shù)是以前調(diào)用shmat時(shí)的返回值。返回：若成功則為0，若出錯(cuò)則為-1Shmex.c例子展示了在親緣關(guān)系的進(jìn)程中內(nèi)存共享wshm.c例子往一片共享內(nèi)存內(nèi)寫入數(shù)據(jù)，而rshm.c則從該共享內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)信號(hào)量信號(hào)量是一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于多進(jìn)程對(duì)共享數(shù)據(jù)對(duì)象的存取訪問(wèn)控制。為了獲得共享資源，進(jìn)程需要執(zhí)行下列操作：(1)測(cè)試控制該資源的信號(hào)量。(2)若此信號(hào)量的值為正，則進(jìn)程可以使用該資源。進(jìn)程將信號(hào)量值減1，表示它使用了一個(gè)資源單位。(3)若此信號(hào)量的值為0，則進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直至信號(hào)量值大于0。若進(jìn)程被喚醒后，它返回至(第(1)步)。18信號(hào)量intsemget(key_tkey,intnSemes,intflag)函數(shù)說(shuō)明：創(chuàng)建信號(hào)量，如果引用一個(gè)現(xiàn)存的集合（一個(gè)客戶機(jī)），則將nsems指定為0參數(shù)說(shuō)明：key-標(biāo)識(shí)信號(hào)量的關(guān)鍵字，有三種方法：1、使用IPC-PRIVATE讓系統(tǒng)產(chǎn)生，2、挑選一個(gè)隨機(jī)數(shù)，3、使用ftok從文件路徑名中產(chǎn)生nSemes-信號(hào)量集中元素個(gè)數(shù)，對(duì)客戶機(jī)，此參數(shù)設(shè)為0Flag-IPC_CREAT；IPC_EXCL只有在信號(hào)量集不存在時(shí)創(chuàng)建，對(duì)客戶機(jī)，此參數(shù)設(shè)為019信號(hào)量intsemctl(intsemid,intsemnum,intcmd,/*unionsenumarg*/...)函數(shù)說(shuō)明：

控制信號(hào)量參數(shù)說(shuō)明：

semid-信號(hào)量集的句柄semnum-信號(hào)量集的某個(gè)成員cmd-命令I(lǐng)PC_RMID刪除一個(gè)信號(hào)量IPC_SET設(shè)置信號(hào)量的許可權(quán)

SETVAL

設(shè)置指定信號(hào)量的元素的值為agc.val

GETVAL

獲得一個(gè)指定信號(hào)量的值

GETPID獲得最后操縱此元素的最后進(jìn)程ID

GETNCNT

獲得等待元素變?yōu)?的進(jìn)程數(shù)

GETZCNT

獲得等待元素變?yōu)?的進(jìn)程數(shù)20信號(hào)量unionsenun定義如下：unionsenun{

intval;

structsemid_ds*buf;

unsignedshort*array;}agc;其中semid_ds

定義如下：structsemid_ds{

structipc_pemsem_pem;//operationpemission

structtime_tsem_otime;//lastsemop()time

time_tsem_ctime;//lasttimechangedbysemctl()

structsem*sembase;//ptrtofirstsemaphoreinarray

structsem_queue*sem_pending;//pendingoperations

structsem_queue*sem_pending_last;//lastpendingoperations

structsem_undo*undo;//undorequestsonthisarraryunsigned

shortintsem_nsems;//numberofsemaphoresinset};21信號(hào)量intsemop(intsemid,struct

sembuf*sops,unsigned

shortnsops)函數(shù)說(shuō)明：對(duì)信號(hào)量+1或-1或測(cè)試是否為0函數(shù)參數(shù)：semid–sops-指向元素操作數(shù)組

structsembuf{

shortintsem_num;//semaphorenumber

shortintsem_op;//semaphoreoperaion,0，+1，-1

shortintsem_flg;//operationflagSEM_UNDO,IPC_NOWAIT};nsops-數(shù)組中元素操作的個(gè)數(shù)2223信號(hào)量(1)最易于處理的情況是sem_op為正。這對(duì)應(yīng)于返回進(jìn)程占用的資源。sem_op值加到信號(hào)量的值上。如果指定了SEM_UNDO標(biāo)志，則當(dāng)該進(jìn)程終止的時(shí)候會(huì)自動(dòng)將信號(hào)量的值恢復(fù)回之前的值。(2)若sem_op為負(fù)，則表示要獲取由該信號(hào)量控制的資源。如若該信號(hào)量的值大于或等于sem_op的絕對(duì)值（具有所需的資源），則從信號(hào)量值中減去sem_op的絕對(duì)值。這保證信號(hào)量的結(jié)果值大于或等于0。如果指定了undo標(biāo)志，則sem_op的絕對(duì)值也加到該進(jìn)程的此信號(hào)量調(diào)整值上。如果信號(hào)量值小于sem_op的絕對(duì)值（資源不能滿足要求），則：(a)若指定了IPC_NOWAIT，則出錯(cuò)返回EAGAIN;(b)若未指定IPC_NOWAIT，則該信號(hào)量的semncnt值加1（因?yàn)閷⑦M(jìn)入睡眠狀態(tài)），然后調(diào)用進(jìn)程被掛起直至下列事件之一發(fā)生：i.此信號(hào)量變成大于或等于sem_op的絕對(duì)值（即某個(gè)進(jìn)程已釋放了某些資源）。此信號(hào)量的semncnt值減1（因?yàn)橐呀Y(jié)束等待）,并且從信號(hào)量值中減去sem_op的絕對(duì)值。如果指定了undo標(biāo)志,則sem_op的絕對(duì)值也加到該進(jìn)程的此信號(hào)量調(diào)整值上。ii.從系統(tǒng)中刪除了此信號(hào)量。在此情況下，函數(shù)出錯(cuò)返回ERMID。24信號(hào)量iii.進(jìn)程捕捉到一個(gè)信號(hào)，并從信號(hào)處理程序返回，在此情況下，此信號(hào)量的semncnt值減1（因?yàn)椴辉俚却?，并且函?shù)出錯(cuò)返回EINTR.(3)若sem_op為0，這表示希望等待到該信號(hào)量值變成0。如果信號(hào)量值當(dāng)前是0，則此函數(shù)立即返回。如果信號(hào)量值非0，則：(a)若指定了IPC_NOWAIT，則